معرفی و بررسی فنی سی پی یو سری ET 200SP مدل CPU 1515SP PC2 F با کد فنی 6ES7677-2SB43-0GB1

کنترلر باز SIMATIC ET 200SP، CPU 1515SP PC2 F، 
۸ گیگابایت رم (دستگاه پایه 6ES7677-2DB40-0AA0)، ۱۲۸ گیگابایت CFast با ویندوز 10 IoT Enterprise LTSC 2019 (۶۴بیتی)
- کنترلر نرم‌افزاری S7-1500 Failsafe Software Controller CPU 1505SP F V3x از پیش نصب شده؛

• 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

 

• بررسی تخصصی CPU 1515SP PC2 F زیمنس با کد 6ES7677-2SB43-0GB1

کنترلر باز SIMATIC ET 200SP Open Controller CPU 1515SP PC2 F با کد فنی 6ES7677-2SB43-0GB1، یک پلتفرم صنعتی پیشرفته برای اجرای هم‌زمان کنترل استاندارد، برنامه‌های ایمنی عملکردی و نرم‌افزارهای مبتنی بر Windows است. این محصول با بهره‌گیری از S7-1500 Failsafe Software Controller CPU 1505SP F V3x، برای پروژه‌هایی طراحی شده است که به انعطاف‌پذیری رایانش صنعتی، ارتباطات PROFINET، قابلیت‌های Safety و فضای نصب فشرده نیاز دارند.

در این مدل، برخلاف نسخه‌های دارای HMI، لایسنس WinCC Runtime و PowerTag به‌صورت یکپارچه در پیکربندی محصول ارائه نشده است. بنابراین تجهیز بیشتر به‌عنوان هسته کنترلی و محاسباتی یک سیستم اتوماسیون مورد استفاده قرار می‌گیرد و می‌توان HMI، نرم‌افزارهای Edge، پایگاه داده یا برنامه‌های اختصاصی را بر اساس نیاز پروژه روی محیط Windows پیاده‌سازی کرد.

کد 6ES7677-2SB43-0GB1 باید در زمان خرید، طراحی تابلو، تهیه نسخه پشتیبان و مدیریت قطعات یدکی به‌صورت کامل ثبت شود؛ زیرا تفاوت میان نسل Software Controller، لایسنس HMI، نسخه Firmware و پیکربندی دستگاه می‌تواند بر سازگاری پروژه اثر مستقیم داشته باشد.

مشخصات اصلی این مدل عبارت‌اند از:

• نوع تجهیز: SIMATIC ET 200SP Open Controller
• مدل: CPU 1515SP PC2 F
• کد MLFB: 6ES7677-2SB43-0GB1
• دستگاه پایه: 6ES7677-2DB40-0AA0
• حافظه RAM: هشت گیگابایت
• حافظه داخلی: CFast با ظرفیت ۱۲۸ گیگابایت
• سیستم‌عامل: Windows 10 IoT Enterprise LTSC 2019، نسخه ۶۴بیتی
• کنترلر نرم‌افزاری: S7-1500 Failsafe Software Controller CPU 1505SP F V3x
• رابط شبکه صنعتی: ET 200SP BusAdapter PROFINET
• خروجی تصویر: DisplayPort

 

• معماری Open Controller در CPU 1515SP PC2 F

یک پلتفرم برای کنترل و رایانش صنعتی

در سیستم‌های اتوماسیون متداول، PLC، رایانه صنعتی، پنل اپراتوری و گاهی کنترلر ایمنی به‌صورت تجهیزات جداگانه نصب می‌شوند. این روش در پروژه‌های بزرگ مزیت‌هایی دارد، اما تعداد تجهیزات، کابل‌کشی، ارتباطات داخلی و فضای موردنیاز تابلو را افزایش می‌دهد.

مدل 6ES7677-2SB43-0GB1 با معماری Open Controller، امکان اجرای چند محیط نرم‌افزاری را روی یک سخت‌افزار صنعتی فراهم می‌کند:

• اجرای منطق استاندارد PLC
• اجرای برنامه Failsafe
• اجرای Windows IoT برای نرم‌افزارهای کاربردی
• پردازش و ذخیره‌سازی داده‌های تولید
• اتصال به سامانه‌های MES و SCADA
• اجرای HMI خارجی یا نرم‌افزارهای Visualization
• اتصال تجهیزات جانبی از طریق USB

این ساختار برای ماشین‌آلاتی مناسب است که علاوه بر کنترل بلادرنگ، به گزارش‌گیری، پردازش داده، اتصال به پایگاه داده یا اجرای نرم‌افزارهای اختصاصی نیاز دارند.

• تفاوت CPU 1515SP PC2 F با یک PC صنعتی معمولی

این محصول صرفاً یک رایانه صنعتی مجهز به سیستم‌عامل Windows نیست. بخش Software Controller برای اجرای منطق کنترل و برنامه F طراحی شده و با معماری اتوماسیون زیمنس، پروژه‌های TIA Portal و شبکه PROFINET ارتباط برقرار می‌کند.

در مقابل، Windows IoT برای وظایفی مانند موارد زیر کاربرد دارد:

• اجرای نرم‌افزار HMI
• نمایش داشبورد تولید
• ذخیره‌سازی داده‌های فرآیندی
• اجرای نرم‌افزار پردازش تصویر
• ارتباط با SQL Server
• ارسال اطلاعات به MES یا Cloud Gateway
• اجرای ابزارهای نگهداری و عیب‌یابی

این جداسازی منطقی اهمیت زیادی دارد؛ زیرا منطق ایمنی نباید به یک برنامه ویندوزی، اسکریپت HMI یا سرویس خارجی وابسته شود.

 

تحلیل CPU 1505SP F V3x

• کنترل استاندارد و ایمنی در یک پلتفرم

کنترلر نرم‌افزاری CPU 1505SP F V3x امکان پیاده‌سازی کنترل استاندارد و Failsafe را فراهم می‌سازد. در یک پروژه مهندسی‌شده، برنامه ایمنی می‌تواند وضعیت ورودی‌های F مانند E-Stop، حفاظ‌ها و پرده‌های نوری را ارزیابی کند و خروجی‌های ایمن یا فرمان‌های مناسب را فعال نماید.

سناریوهای معمول استفاده عبارت‌اند از:

• توقف اضطراری ماشین
• پایش درب‌های ایمنی
• کنترل حفاظ‌های متحرک
• پایش پرده نوری در ناحیه ورود اپراتور
• کنترل شستی دو دستی
• قطع انرژی خطرناک در شرایط مشخص
• فرمان ایمن به درایوهای سازگار
• تشخیص خطا در کانال‌های F-I/O

ارتباط میان کنترلر و تجهیزات ایمنی معمولاً از طریق PROFIsafe روی PROFINET انجام می‌شود. با این حال، انتخاب سطح ایمنی نهایی باید بر اساس ارزیابی ریسک ماشین، مشخصات تجهیزات و اعتبارسنجی کل تابع انجام شود.

• پسوند F به‌تنهایی سطح ایمنی را تعیین نمی‌کند

وجود حرف F در نام CPU نشان‌دهنده قابلیت اجرای برنامه Failsafe است، اما به‌تنهایی تضمین‌کننده SIL یا PL مشخصی برای کل ماشین نیست. برای ارزیابی ایمنی باید تمام زنجیره بررسی شود:

• سنسور و تجهیز ورودی ایمنی
• ماژول F-I/O
• برنامه Safety
• ارتباط PROFIsafe
• خروجی ایمن
• کنتاکتور یا درایو
• زمان توقف مکانیکی
• Diagnostic و تست‌های دوره‌ای

استانداردهای مهم مرتبط عبارت‌اند از:

• IEC 61508 برای ایمنی عملکردی
• EN ISO 13849-1 برای Performance Level
• IEC 62061 برای سیستم‌های کنترل ایمنی ماشین
• IEC 60204-1 برای تجهیزات الکتریکی ماشین‌آلات
• IEC 61784-3 برای ارتباطات ایمن صنعتی
• IEC 62443 برای امنیت سایبری سامانه‌های اتوماسیون

 

پورت‌ها و نقش آن‌ها در پروژه صنعتی

• اتصال PROFINET و ET 200SP

اتصال مخصوص ET 200SP BusAdapter PROFINET، رابط اصلی ارتباط کنترلر با تجهیزات شبکه صنعتی است. از این مسیر می‌توان با ایستگاه‌های ET 200SP، ماژول‌های استاندارد و F-I/O، درایوها و تجهیزات PROFINET ارتباط برقرار کرد.

انتخاب BusAdapter باید با توجه به موارد زیر انجام شود:

• نوع کابل و کانکتور
• توپولوژی خط، ستاره یا رینگ
• شرایط نویز و EMC
• نیاز به تشخیص خطا
• فاصله میان ایستگاه‌ها
• الزامات نصب در تابلو

• اترنت گیگابیتی

پورت اترنت با سرعت ۱۰/۱۰۰/۱۰۰۰Mbps برای ارتباطات سطح بالاتر مناسب است. می‌توان از آن برای اتصال به موارد زیر استفاده کرد:

• سیستم MES
• سرور SQL
• نرم‌افزار مدیریت تولید
• سامانه SCADA
• سرور پشتیبان‌گیری
• داشبورد OEE
• Gatewayهای داده صنعتی

توصیه می‌شود شبکه کنترل، شبکه HMI و شبکه سازمانی بدون طراحی امنیتی مناسب به یکدیگر متصل نشوند. استفاده از VLAN، فایروال صنعتی، محدودسازی پورت‌ها و کنترل حساب‌های کاربری با اصول امنیتی IEC 62443 هم‌راستا است.

• USB و DisplayPort

دو پورت USB 3.0 برای تجهیزاتی مانند دوربین صنعتی، رسانه انتقال پروژه یا تجهیزات جانبی پرسرعت مناسب هستند. USB 2.0 نیز می‌تواند برای تجهیزات کم‌سرعت‌تر یا سرویس‌های نگهداری استفاده شود.

استفاده از حافظه‌های USB ناشناس در محیط تولید، ریسک بدافزار و تغییر غیرمجاز پیکربندی را افزایش می‌دهد. بنابراین باید سیاست مشخصی برای اسکن، مجوزدهی و استفاده از رسانه‌های قابل‌حمل وجود داشته باشد.

پورت DisplayPort برای اتصال مانیتور خارجی به کار می‌رود. این کنترلر نمایشگر داخلی ندارد و انتخاب مانیتور باید بر اساس رزولوشن، فاصله کابل، شرایط محیطی و نیاز به صفحه لمسی انجام شود.

 

RAM، CFast و نگهداری سیستم

• حافظه هشت گیگابایتی

RAM هشت گیگابایتی برای اجرای هم‌زمان Windows IoT، Software Controller و سرویس‌های صنعتی رایج ظرفیت مناسبی فراهم می‌کند. بااین‌حال، اضافه‌کردن نرم‌افزارهای متعدد، پردازش تصویر یا پایگاه داده محلی باید با تست بار انجام شود.

در زمان Commissioning، شاخص‌های زیر را ثبت کنید:

• میزان مصرف CPU
• مصرف RAM در حالت عادی و Peak
• زمان Restart
• زمان پاسخ ارتباطات
• وضعیت CFast
• اثر اجرای نرم‌افزار جانبی بر HMI و کنترل

• مدیریت CFast 128GB

CFast با ظرفیت ۱۲۸GB محل نصب سیستم‌عامل و نرم‌افزارهای اصلی است. برای افزایش قابلیت اطمینان:

• از سیستم پس از راه‌اندازی Image تهیه کنید.
• نسخه پشتیبان پروژه و تنظیمات را جداگانه نگه دارید.
• Log و داده‌های تاریخی را روی سرور منتقل کنید.
• فضای آزاد CFast را به‌صورت دوره‌ای بررسی کنید.
• در صورت تأیید سازگاری، UWF را مهندسی‌شده به کار ببرید.
• برای جلوگیری از خرابی ناشی از قطع ناگهانی، DC-UPS در نظر بگیرید.
• فرآیند Restore را پیش از تحویل سیستم آزمایش کنید.

 

• سناریوی کاربردی: سلول مونتاژ ایمن

در یک سلول مونتاژ روباتیک، CPU 6ES7677-2SB43-0GB1 می‌تواند توالی حرکت روبات، سنسورهای موقعیت، کلمپ‌ها و تجهیزات انتقال قطعه را کنترل کند. در بخش ایمنی، وضعیت E-Stop، درب حفاظ، اسکنر ایمنی و تأیید اپراتور از طریق F-I/O بررسی می‌شود.

Windows IoT نیز می‌تواند وظایف زیر را انجام دهد:

• نمایش وضعیت سلول روی مانیتور خارجی
• اجرای نرم‌افزار Vision
• ذخیره تصویر قطعات معیوب
• ارسال نتایج کنترل کیفیت به MES
• ثبت زمان توقف و علت خطا
• ارائه داشبورد تعمیرات و تولید

در چنین سناریویی، تصمیم ایمنی همچنان در برنامه F باقی می‌ماند و نرم‌افزار Vision یا HMI فقط نقش اطلاعاتی و عملیاتی کنترل‌شده خواهد داشت.

 

• نکات انتخاب، راه‌اندازی و نگهداری

پیش از استفاده از این مدل، موارد زیر را بررسی کنید:

• سازگاری نسخه TIA Portal با CPU 1505SP F V3x
• نیازمندی‌های STEP 7 Safety Advanced
• نسخه Firmware و نرم‌افزارهای نصب‌شده
• سازگاری ماژول‌های F-I/O
• نوع و طول کابل PROFINET
• طراحی صحیح ۲۴VDC و DC-UPS
• تهویه و دمای داخل تابلو
• روش Backup و بازیابی CFast
• تست FAT، SAT و اعتبارسنجی Safety
• جداسازی شبکه کنترل از شبکه اداری

 

پرسش‌های متداول

• تفاوت CPU 1505SP F V3x با نسخه V2x چیست؟

این دو نسخه به نسل‌های متفاوت Software Controller اشاره دارند. تفاوت دقیق در قابلیت‌ها، سازگاری و نیازمندی‌های مهندسی باید بر اساس مستندات رسمی زیمنس، Firmware و نسخه TIA Portal پروژه بررسی شود.

• آیا این مدل HMI داخلی دارد؟

خیر. مدل 6ES7677-2SB43-0GB1 فاقد Runtime HMI از پیش نصب‌شده در مشخصات ارائه‌شده است و برای نمایش به مانیتور خارجی از طریق DisplayPort نیاز دارد.

• آیا می‌توان WinCC یا نرم‌افزار HMI دیگری نصب کرد؟

محیط Windows امکان اجرای نرم‌افزارهای کاربردی را فراهم می‌کند، اما سازگاری نسخه، لایسنس، منابع سیستم و الزامات زیمنس باید پیش از نصب بررسی شود.

• آیا منطق Safety در Windows اجرا می‌شود؟

خیر. منطق Failsafe در CPU 1505SP F V3x اجرا می‌شود و Windows نباید مرجع تصمیم‌گیری ایمنی باشد.

• آیا این کنترلر برای سیستم MES مناسب است؟

بله. پورت اترنت گیگابیتی و محیط Windows امکان اتصال به MES، پایگاه داده و سامانه‌های گزارش‌گیری را فراهم می‌کنند؛ مشروط بر اینکه معماری شبکه و الزامات امنیتی به‌درستی طراحی شوند.