معرفی و بررسی فنی سی پی یو سری ET 200SP مدل CPU 1515SP PC2 + HMI 2048PT با کد فنی 6ES7677-2DB42-0GM0

SIMATIC ET 200SP Open Controller، CPU 1515SP PC2 + HMI 2048PT
۸ گیگابایت رم (basic device 6ES7677-2DB40-0AA0)، ۱۲۸ گیگابایت CFast با ویندوز 10 IoT Enterprise LTSC 2019 (۶۴ بیتی)،
S7-1500 Software Controller CPU 1505SP V2x و WinCC Runtime Advanced V17 از پیش نصب شده، با لایسنس ۲۰۴۸ PowerTags؛

• پورت‌ها:

۱ اسلات CFast،

۱ اسلات SD/MMC،

۱ اتصال برای ET 200SP BusAdapter PROFINET،

۱ پورت اترنت ۱۰/۱۰۰/۱۰۰۰ مگابیت بر ثانیه،

۲ پورت USB 3.0،

۲ پورت USB 2.0،

۱ پورت DisplayPort
مستندات مربوط به CFast

 

• بررسی تخصصی CPU 1515SP PC2 + HMI 2048PT زیمنس

سی‌پی‌یو SIMATIC ET 200SP Open Controller CPU 1515SP PC2 + HMI 2048PT با کد فنی 6ES7677-2DB42-0GM0 یکی از قدرتمندترین پیکربندی‌های خانواده Open Controller زیمنس در معماری ET 200SP است. این تجهیز برای پروژه‌هایی طراحی شده که در آن‌ها کنترل PLC، مانیتورینگ پیشرفته، ثبت داده، ارتباط با سامانه‌های بالادستی و اجرای نرم‌افزارهای صنعتی ویندوزی باید در یک پلتفرم فشرده و قابل نصب داخل تابلو انجام شود.

مهم‌ترین ویژگی این مدل، برخورداری از لایسنس WinCC Runtime Advanced V17 با ظرفیت ۲۰۴۸ PowerTags است. چنین ظرفیتی، این کنترلر را برای ماشین‌آلات بزرگ، خطوط تولید چندایستگاهی، سیستم‌های مانیتورینگ گسترده و پروژه‌هایی با تعداد زیاد پارامتر، آلارم و داده‌های فرآیندی مناسب می‌کند.

کد 6ES7677-2DB42-0GM0 باید هنگام استعلام، خرید، جایگزینی و تهیه قطعات یدکی به‌صورت کامل بررسی شود؛ زیرا تفاوت میان پسوندهای مختلف MLFB در خانواده CPU 1515SP PC2 ممکن است به نسخه نرم‌افزار، نوع لایسنس HMI یا پیکربندی محصول مربوط باشد.

 

• ساختار Open Controller در ET 200SP

ترکیب PLC نرم‌افزاری و کامپیوتر صنعتی

CPU 1515SP PC2 یک PLC سخت‌افزاری کلاسیک صرف نیست، بلکه یک Open Controller است که دو محیط اصلی را در یک تجهیز صنعتی ترکیب می‌کند:

• کنترلر نرم‌افزاری S7-1500 CPU 1505SP V2x
• رایانه صنعتی مبتنی بر Windows 10 IoT Enterprise LTSC 2019

در این معماری، منطق کنترلی پروژه در محیط S7-1500 Software Controller اجرا می‌شود و سیستم‌عامل ویندوز وظایفی مانند اجرای WinCC، ثبت داده، ارتباط با نرم‌افزارهای سازمانی، پردازش اطلاعات و اجرای برنامه‌های کاربردی را برعهده دارد.

این ساختار برای پروژه‌هایی بسیار ارزشمند است که استفاده از PLC، IPC و HMI مستقل باعث افزایش حجم تابلو، کابل‌کشی، هزینه نگهداری و نقاط خرابی می‌شود. با CPU 1515SP PC2 می‌توان بسیاری از این وظایف را روی یک پلتفرم واحد متمرکز کرد.

• نقش Hypervisor و تفکیک وظایف

در Open Controllerهای زیمنس، تفکیک وظایف کنترلی و ویندوزی اهمیت اساسی دارد. کنترلر نرم‌افزاری باید رفتار زمان‌بندی‌شده و قابل پیش‌بینی داشته باشد، درحالی‌که سیستم‌عامل عمومی Windows ممکن است درگیر سرویس‌های پس‌زمینه، اجرای نرم‌افزار یا فعالیت‌های ذخیره‌سازی شود.

معماری مجازی‌سازی و Hypervisor برای جداسازی این دو حوزه استفاده می‌شود تا فعالیت‌های سیستم‌عامل ویندوز تأثیر نامطلوبی بر اجرای کنترلر PLC نداشته باشد. بااین‌حال، این موضوع به معنای بی‌نیازی از مهندسی بار پردازشی نیست. در پروژه‌های حساس باید موارد زیر بررسی شوند:

• زمان چرخه برنامه PLC
• تعداد و نوع بلوک‌های کنترلی
• بار ارتباطی PROFINET
• حجم صفحات و اشیای WinCC
• نرخ ثبت داده‌ها
• نرم‌افزارهای اضافی نصب‌شده در Windows
• رفتار سیستم هنگام راه‌اندازی مجدد یا خطای نرم‌افزاری

 

تحلیل سخت‌افزار CPU 1515SP PC2

• حافظه RAM و حافظه CFast

این مدل با ۸ گیگابایت RAM عرضه می‌شود. این ظرفیت برای اجرای هم‌زمان Windows 10 IoT Enterprise، WinCC Runtime Advanced V17 و سرویس‌های معمول صنعتی مناسب است. بااین‌حال، در پروژه‌های بزرگ نباید فقط ظرفیت اسمی حافظه را ملاک قرار داد.

تعداد زیاد صفحات HMI، روندهای گرافیکی، آلارم‌ها، گزارش‌ها و سرویس‌های ارتباطی می‌تواند مصرف منابع را افزایش دهد. بنابراین، طراحی نرم‌افزار HMI باید بر پایه ساختار ماژولار، تگ‌گذاری منظم و بار پردازشی کنترل‌شده انجام شود.

رسانه ذخیره‌سازی اصلی، CFast با ظرفیت ۱۲۸ گیگابایت است. این رسانه برای نصب سیستم‌عامل، نرم‌افزارهای زیمنس، پروژه‌ها و داده‌های محلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. CFast به دلیل نداشتن قطعات مکانیکی متحرک، در برابر لرزش و شوک مکانیکی نسبت به هارددیسک‌های قدیمی مقاوم‌تر است.

• مستندات و مدیریت CFast

منظور از مستندات CFast در این محصول، مجموعه اطلاعات مربوط به استفاده، پشتیبان‌گیری، بازیابی و نگهداری رسانه ذخیره‌سازی است. CFast نباید صرفاً یک حافظه قابل تعویض تلقی شود؛ زیرا خرابی یا تغییر نادرست اطلاعات آن می‌تواند راه‌اندازی Windows و نرم‌افزارهای کنترلی را مختل کند.

اقدامات پیشنهادی برای مدیریت CFast عبارت‌اند از:

• تهیه Image کامل پس از پایان راه‌اندازی پروژه
• تهیه نسخه پشتیبان از پروژه PLC و WinCC به‌صورت جداگانه
• نگهداری یک رسانه یدکی با وضعیت مشخص
• جلوگیری از پر شدن ظرفیت CFast
• انتقال داده‌های حجیم به سرور یا NAS صنعتی
• کاهش نوشتن‌های غیرضروری روی درایو سیستم
• ثبت نسخه Windows، Runtime و تنظیمات شبکه در مستندات پروژه

در سیستم‌هایی که ثبت داده به‌صورت دائم انجام می‌شود، بهتر است داده‌های تاریخی در یک پایگاه داده مرکزی ذخیره شوند و CFast فقط برای داده‌های موقت، پیکربندی و گزارش‌های محلی استفاده شود.

• اسلات SD/MMC

وجود یک اسلات SD/MMC امکان استفاده از رسانه‌های حافظه سازگار برای انتقال یا پشتیبان‌گیری از داده‌ها و تنظیمات را فراهم می‌کند. روش استفاده از این اسلات باید بر اساس مستندات رسمی زیمنس و کاربرد تعریف‌شده در پروژه انجام شود.

استفاده از کارت حافظه ناشناس یا انتقال فایل بدون کنترل می‌تواند ریسک امنیت سایبری ایجاد کند. در محیط‌های صنعتی بهتر است دسترسی به کارت‌های حافظه محدود، ثبت‌شده و تحت فرایند مدیریت تغییرات باشد.

 

پورت‌ها و ارتباطات صنعتی

• اتصال PROFINET با BusAdapter

ارتباط اصلی تجهیز با سیستم ET 200SP از طریق اتصال PROFINET BusAdapter انجام می‌شود. BusAdapter امکان انتخاب رابط فیزیکی متناسب با نوع کابل و توپولوژی شبکه را فراهم می‌کند و یکی از مزایای معماری ماژولار ET 200SP محسوب می‌شود.

در طراحی شبکه PROFINET باید موارد زیر رعایت شوند:

• تعریف نام یکتای PROFINET برای هر Device
• تخصیص آدرس IP بر اساس نقشه آدرس‌دهی پروژه
• جداسازی شبکه کنترل از شبکه عمومی سازمان
• رعایت اصول EMC و اتصال صحیح شیلد کابل
• استفاده از کابل و کانکتور صنعتی استاندارد
• مستندسازی توپولوژی و نقاط اتصال
• پیش‌بینی دسترسی مناسب برای عیب‌یابی و نگهداری

استانداردهای خانواده IEC 61158 و الزامات نصب و راه‌اندازی PROFINET، مبنای مناسبی برای طراحی شبکه هستند. همچنین در پروژه‌های دارای الزامات امنیتی، توصیه‌های خانواده IEC 62443 برای تفکیک نواحی، کنترل دسترسی و مدیریت ارتباطات باید بررسی شوند.

• اترنت گیگابیتی

یک پورت اترنت با سرعت ۱۰/۱۰۰/۱۰۰۰ مگابیت‌برثانیه برای ارتباط با شبکه کارخانه، سرور، سامانه MES، پایگاه داده یا تجهیزات مدیریتی در دسترس است. این پورت می‌تواند در معماری‌هایی مانند موارد زیر استفاده شود:

• ارسال داده تولید به MES
• تبادل اطلاعات با SQL Server
• اتصال به سیستم گزارش‌گیری
• دسترسی مهندسی و عیب‌یابی
• ارتباط با سیستم مدیریت انرژی
• تبادل داده با نرم‌افزارهای مانیتورینگ بالادستی

توصیه می‌شود ترافیک حساس کنترل و ترافیک IT در طراحی شبکه از یکدیگر تفکیک شوند. استفاده از VLAN، فایروال صنعتی و سیاست‌های دسترسی محدود می‌تواند سطح امنیت و قابلیت عیب‌یابی را افزایش دهد.

• USB و DisplayPort

پورت‌های جانبی این مدل عبارت‌اند از:

• دو پورت USB 3.0
• دو پورت USB 2.0
• یک پورت DisplayPort

USB 3.0 برای انتقال سریع‌تر داده و اتصال تجهیزات جانبی مناسب است، درحالی‌که USB 2.0 می‌تواند برای صفحه‌کلید، ماوس یا ابزارهای کم‌سرعت استفاده شود. در محیط کنترل صنعتی، USB باید تحت سیاست مشخص استفاده شود؛ زیرا اتصال حافظه آلوده یا نرم‌افزار تأییدنشده می‌تواند امنیت سیستم را تهدید کند.

DisplayPort امکان اتصال نمایشگر صنعتی یا مانیتور استاندارد سازگار را فراهم می‌کند. انتخاب مانیتور باید با توجه به دمای محیط، لرزش، درجه حفاظت، روشنایی، فاصله دید و الزامات اپراتوری انجام شود.

 

ظرفیت ۲۰۴۸ PowerTags و کاربرد HMI

• جایگاه WinCC Runtime Advanced V17

نرم‌افزار WinCC Runtime Advanced V17 از پیش نصب شده و ظرفیت ۲۰۴۸ PowerTags را ارائه می‌دهد. این ظرفیت برای پروژه‌هایی مناسب است که تنها به چند صفحه ساده HMI محدود نیستند و نیاز به مدل‌سازی کامل فرآیند دارند.

نمونه متغیرهای قابل مدیریت عبارت‌اند از:

• وضعیت سنسورها و عملگرها
• پارامترهای درایو و موتور
• مقادیر آنالوگ فشار، دما و دبی
• وضعیت ایستگاه‌های تولید
• تنظیمات Recipe
• کدهای خطای تجهیزات
• شمارنده تولید و ضایعات
• متغیرهای آلارم و رویداد
• داده‌های مربوط به توقف و تعمیرات

در پروژه‌های بزرگ، استفاده از ۲۰۴۸ PowerTag باید همراه با ساختار مناسب تگ‌ها انجام شود. نام‌گذاری استاندارد، دسته‌بندی بر اساس ماشین یا ایستگاه، استفاده از Faceplateهای قابل استفاده مجدد و تفکیک تگ‌های سرویس از تگ‌های عملیاتی، توسعه و نگهداری پروژه را ساده‌تر می‌کند.

 

• سناریوی کاربردی صنعتی

فرض کنید CPU 1515SP PC2 در یک خط تولید چندایستگاهی نصب شده است. ماژول‌های ET 200SP از طریق PROFINET به کنترلر متصل هستند و وظیفه دریافت سیگنال‌های دیجیتال، آنالوگ و ارتباط با درایوها را انجام می‌دهند.

در همین تجهیز، WinCC Runtime Advanced اطلاعات زیر را نمایش می‌دهد:

• نمای کلی خط تولید
• وضعیت هر ایستگاه
• آلارم‌های اولویت‌بندی‌شده
• نمودارهای Trend
• Recipeهای محصول
• گزارش تولید هر شیفت
• شاخص‌های توقف و بهره‌وری
• وضعیت نگهداری و سرویس تجهیزات

هم‌زمان، پورت اترنت گیگابیتی داده‌های تولید را به MES یا سرور مرکزی ارسال می‌کند. این معماری برای خطوط بسته‌بندی، مونتاژ، صنایع غذایی، دارویی، آب و فاضلاب و ماشین‌آلات تست اتوماتیک قابل استفاده است.

 

• نکات نصب و بهره‌برداری

برای بهره‌برداری پایدار از 6ES7677-2DB42-0GM0 موارد زیر اهمیت دارند:

• کنترل دمای تابلو و جریان هوای خنک‌کننده
• رعایت فاصله مناسب پیرامون تجهیز
• استفاده از منبع تغذیه DC پایدار و حفاظت‌شده
• اتصال صحیح ارت و شیلد کابل‌های شبکه
• فعال‌سازی سیاست پشتیبان‌گیری منظم
• محدودکردن نرم‌افزارهای غیرضروری Windows
• مدیریت دسترسی کاربران WinCC و Windows
• مستندسازی نسخه Firmware، Runtime و TIA Portal
• آزمایش سناریوی بازیابی CFast پیش از تحویل پروژه
• کنترل مصرف منابع در زمان اجرای واقعی فرآیند

منبع تغذیه باید از نظر ظرفیت، افت ولتاژ، حفاظت اتصال کوتاه و کیفیت DC با الزامات تابلو هماهنگ باشد. در پروژه‌های حساس، استفاده از منبع تغذیه صنعتی با مانیتورینگ وضعیت و UPS مناسب می‌تواند از آسیب ناشی از قطع برق جلوگیری کند.

 

پرسش‌های متداول

• تفاوت CPU 1515SP PC2 + HMI 2048PT با مدل 512PT چیست؟

تفاوت اصلی در ظرفیت لایسنس WinCC است. مدل 6ES7677-2DB42-0GM0 دارای ۲۰۴۸ PowerTags است، درحالی‌که مدل 512PT ظرفیت پایین‌تری دارد. مدل 2048PT برای پروژه‌های گسترده‌تر مناسب است.

• آیا این تجهیز نمایشگر داخلی دارد؟

خیر. نمایشگر داخلی روی کنترلر وجود ندارد. مانیتور صنعتی از طریق DisplayPort متصل می‌شود و WinCC Runtime روی خود Open Controller اجرا می‌گردد.

• آیا CPU 1515SP PC2 برای اجرای هم‌زمان PLC و HMI مناسب است؟

بله، ساختار Open Controller برای اجرای هم‌زمان S7-1500 CPU 1505SP V2x و WinCC Runtime طراحی شده است؛ بااین‌حال، بار پردازشی، تعداد تگ‌ها،حال، بار پردازشی، تعداد تگ‌ها، نرخ ثبت داده و.

• CFast چه نقشی در سیستم دارد؟

CFast با ظرفیت ۱۲۸ گیگابایت محل نگهداری Windows 10 IoT، نرم‌افزارهای نصب‌شده، پیکربندی‌ها و داده‌های محلی است. تهیه Image و نسخه پشتیبان از آن برای نگهداری بلندمدت ضروری است.

• آیا می‌توان این کنترلر را به MES متصل کرد؟

بله، پورت اترنت گیگابیتی امکان ارتباط با شبکه کارخانه، سرورها و سامانه‌های MES را فراهم می‌کند. طراحی این ارتباط باید با اصول تفکیک شبکه و الزامات امنیت صنعتی IEC 62443 هماهنگ باشد.