پیش از ظهور TIA Portal، نرمافزار SIMATIC Manager شرکت زیمنس نقش مهمی در برنامهنویسی PLCهای سری S7-300 و S7-400 ایفا میکرد، بهویژه برای مدلهای قدیمیتر CPU که هنوز در سایتهای صنعتی فعال هستند. با اینکه TIA Portal به پلتفرم اصلی برای پروژههای جدید تبدیل شده است، بسیاری از سایتها هنوز برای نگهداری و برنامهنویسی سیستمهای قدیمی خود به SIMATIC Manager متکی هستند. در این نوشتار به آموزش مقدماتی SIMATIC Manager زیمنس (STEP 7) برای s7-300 پرداخته می شود.
SIMATIC Manager (که با نام STEP 7 نیز شناخته میشود) یک ابزار نرمافزاری قدرتمند است که توسط زیمنس برای برنامهنویسی و پیکربندی PLCهای S7-300 و S7-400 توسعه یافته است. این نرمافزار، پلتفرم اصلی برای طراحی، پیکربندی و نگهداری پروژههای اتوماسیون صنعتی محسوب میشود. SIMATIC Manager محیط جامعی را برای ایجاد برنامههای PLC، پیکربندی اجزای سختافزاری، مدیریت پروتکلهای ارتباطی شبکه مانند PROFIBUS، و سازماندهی بلوکهای برنامهنویسی فراهم میکند. این ابزار همچنان برای مدلهای قدیمی PLC ضروری است و رویکردی ساختاریافته در مهندسی اتوماسیون صنعتی ارائه میدهد.
در این آموزش، یاد خواهید گرفت که چگونه در محیط SIMATIC Manager ایجاد پروژه و افزودن ماژول های جدید انجام داده و وظایف اساسی برنامهنویسی PLC را انجام دهید. ابتدا با آموزش ایجاد پروژه و معرفی کلی رابط اصلی شروع میکنیم. سپس وارد پیکربندی سختافزار خواهیم شد و نحوه افزودن و پیکربندی ایستگاهها و ماژولهای PLC را توضیح میدهیم. پس از آن، ارتباط شبکهای از طریق PROFIBUS را بررسی خواهیم کرد و نحوه تنظیم اتصالات بین PLC و سایر دستگاهها را شرح میدهیم. در نهایت، به مدیریت بلوکهای برنامه میپردازیم، چهار نوع اصلی بلوکهای برنامه را معرفی کرده و نحوه ایجاد آنها را به شما نشان میدهیم. همچنین، به نحوه دانلود برنامهها به PLC و بارگذاری آنها جهت نگهداری و عیبیابی بیشتر نیز خواهیم پرداخت.
برای دنبال کردن این آموزش، باید نرمافزار SIMATIC Manager (STEP 7) را نصب کرده باشید. در اینجا از نسخه ۵٫۶ استفاده خواهیم کرد. به هیچ سختافزار یا نرمافزار اضافی دیگری نیاز نیست.
بیایید ابتدا ببینیم چگونه میتوان پروژهها را در SIMATIC Manager ایجاد کرد. ابتدا نرمافزار SIMATIC Manager را اجرا کنید. برای این کار، منوی Start را باز کرده، به پوشهی “Siemens Automation” بروید و روی “SIMATIC Manager” کلیک کنید.
برنامهنویسی PLC STEP7 با نرمافزار Siemens SIMATIC Manager – شروع SIMATIC Manager
هنگامی که نرمافزار باز میشود، باید یک پروژه جدید ایجاد کنیم. روی دکمه “New project” که با آیکون یک صفحه سفید نمایش داده شده است، کلیک کنید.
برنامهنویسی PLC STEP7 با نرمافزار Siemens SIMATIC Manager – ایجاد یک پروژه جدید
یک پنجره کوچک با عنوان “New Project” ظاهر خواهد شد که در آن میتوانید نام پروژه، نوع پروژه، و محل ذخیرهسازی پروژه را تعریف کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – پیکربندی پروژه جدید
برای پروژه یک نام انتخاب کنید، نوع آن را روی “Project” نگه دارید، و سپس روی دکمه “OK” کلیک کنید.
برنامهنویسی PLC STEP7 شرکت iemens SIMATIC Manager – نام گذاری پروژه
منتظر بمانید تا فرآیند ایجاد پروژه به پایان برسد. پس از اتمام، رابط پروژه ظاهر خواهد شد. پیش از آنکه به بررسی رابط بپردازیم، بیایید بهطور سریع نحوه باز کردن پروژهها را مرور کنیم. برای این کار، روی دکمه “Open Project” که با آیکون یک پوشه زرد نمایش داده شده است، کلیک کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – پروژه ایجاد شد
این کار یک پنجره کوچک با عنوان “Open Project” باز خواهد کرد که در آن میتوانید فهرستی از تمامی پروژههای خود را مشاهده کنید. پروژهای که بهتازگی ایجاد کردهاید نیز باید در این فهرست قابل مشاهده باشد.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – باز کردن پروژه
اکنون میتوانید پنجره “Open Project” را ببندید تا به رابط اصلی پروژه بازگردید، که به سه بخش تقسیم میشود:
۱-Toolbox (جعبهابزار): در این بخش، ابزارهای مختلفی مانند ایجاد/باز کردن پروژه، بارگذاری پروژه در PLC، باز کردن مدیریت شبکه، فعالسازی شبیهساز، مشاهده گزینهها و… را مییابید.
۲-Project tree (درخت پروژه): در این قسمت، نمایی جزئیشده از هر مؤلفه پروژه وجود دارد که امکان دسترسی سریع به هر بخش از پروژه را فراهم میکند.
۳-Workspace (فضای کاری): در این بخش، نمایی دقیقتر از قسمت انتخابشده پروژه را مشاهده میکنید که در آن میتوانید تمام مؤلفههای موجود را ببینید و با آنها تعامل داشته باشید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – توضیح رابط کاربری
در حال حاضر، پروژهای که ایجاد کردیم خالی است. ابتدا باید یک ایستگاه PLC به پروژه اضافه کنیم. ما یک ایستگاه PLC از نوع S7-300 به پروژه اضافه خواهیم کرد. برای این کار، منوی “Insert” را باز کنید، گزینه “Station” را انتخاب کرده و سپس روی “SIMATIC 300 Station” کلیک کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – افزودن یک station 300 جدید
با این کار، یک ایستگاه S7-300 به پروژه شما اضافه خواهد شد. با این حال، این ایستگاه هنوز نیاز به پیکربندی دارد. ایستگاه SIMATIC 300 را در درخت پروژه (Project Tree) انتخاب کرده و بخش Hardware ایستگاه را باز کنید تا به پیکربندی سختافزار دسترسی پیدا کنید.
برنامهنویسی PLC STEP7 با نرمافزار Siemens SIMATIC Manager-station ایجاد شد
پیکربندی سختافزار در یک پنجره جدید باز میشود. در اینجا، میتوانید سختافزار واقعی استفادهشده در ایستگاه خود را با استفاده از یک کاتالوگ که شامل تمامی قطعات مختلف PLC زیمنس (واحدهای پردازش مرکزی، ماژولها و غیره) برای سریهای ۳۰۰ و ۴۰۰ است، پیکربندی کنید. قطعات به گونهای اضافه میشوند که چیدمان فیزیکی آنها (موقعیت ماژولها در رک) را بازتولید کنند.
رابط پیکربندی سختافزار به سه بخش تقسیم میشود:
۱-Workspace (فضای کاری): در این بخش میتوانید یک رک تعریف کرده و ماژولها را به آن اضافه کنید.
۲-Detail view (نمای جزئیات): در اینجا نمای دقیقی از تمامی قطعات موجود در رک را مشاهده میکنید.
۳-Hardware catalog (کاتالوگ سختافزار): در این بخش فهرستی از تمامی CPUها، ماژولها و دستگاههای مختلفی که میتوانید به رک خود اضافه کنید، قرار دارد. این کاتالوگ فقط شامل دستگاههای سازگار با سریهای S7-300 و S7-400 است.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – رابط پیکربندی سختافزار
اولین کاری که باید انجام دهید، افزودن یک رک است. در کاتالوگ، پوشه “SIMATIC 300” را باز کنید. در اینجا، تمام قطعات موجود برای PLCهای سری S7-300 را خواهید یافت. سپس، پوشه “RACK 300” را باز کنید که در آن قطعه Rail قرار دارد.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – اضافه کردن رک
ریل را بکشید و در فضای کاری رها کنید. با این کار، یک لیست رک اضافه خواهد شد که میتوانید ماژولهای PLC را از کاتالوگ به آن اضافه کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – ریل اضافه شد
حالا که ریل را اضافه کردهایم، میتوانیم ماژولها را شروع به اضافه کردن کنیم. برای این مثال، ما یک CPU S7 315-2 PN/DP اضافه خواهیم کرد که یکی از محبوبترین CPUها در سری S7-300 است. برای این کار، پوشه CPU 300 را باز کنید. در اینجا، تمام مدلهای موجود CPUهای S7-300 را خواهید یافت. سپس پوشه “CPU 315-2 PN/DP” را باز کنید. سه نسخه برای این ماژول موجود است که با شماره سفارش خود نمایش داده شدهاند. نسخه آخر را انتخاب کرده و باز کنید. دو نسخه فریمور (Firmware) برای این CPU موجود است؛ بالاترین نسخه را انتخاب کرده و آن را به ریل بکشید. خواهید دید که فقط اسلات دوم با رنگ سبز برجسته میشود که نشان میدهد این تنها اسلات قابل استفاده است. سه اسلات اول ریل به صورت زیر رزرو شدهاند:
۱- منبع تغذیه
۲- CPU
۳- ماژول رابط (برای سیستمهای چند رِک)
CPU را در اسلات دوم ریل اضافه کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – اضافه کردن CPU
اضافه کردن CPU بهطور خودکار پنجرهی خصوصیات آن را باز میکند. در حال حاضر نیازی به تغییر هیچ چیزی نیست؛ میتوانید با کلیک روی “OK” این پنجره را ببندید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – مشخصات CPU
CPU اضافهشده در اسلات ۲ ریل نمایش داده خواهد شد؛ همچنین میتوانید جزئیات بیشتری درباره CPU را در بخش Detail View مشاهده کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – CPU افزوده شد
پس از اضافه کردن CPU، میتوانیم یک ماژول سیگنال (ورودی و خروجی دیجیتال) اضافه کنیم. به جای افزودن جداگانه یک ماژول DI و یک ماژول DO، ماژول ترکیبی DI/DO را اضافه خواهیم کرد. پوشه “SM-300” را باز کنید، سپس پوشه “DI/DO-300” را باز کرده و اولین ماژول موجود (SM 323 DI/16/DO16x24V/0.5A) را انتخاب کنید. سپس آن را به ریل بکشید. خواهید دید که همه اسلاتها از اسلات چهارم به بعد فعال هستند. این ماژول را در اسلات ۳ قرار دهید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – افزودن ماژول DO و DO
با این کار، یک ماژول DI/DO به ایستگاه اضافه خواهد شد. میتوانید جزئیات بیشتری درباره آدرسدهی این ماژول را در بخش Detail View مشاهده کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – ماژول اضافه شد
اگر ماژولی که به دنبالش هستید را در کاتالوگ پیدا نمیکنید، میتوانید کاتالوگ را از اینترنت بهروزرسانی کنید تا تمامی قطعات مفقود شده به نرمافزار شما اضافه شوند. برای این کار، منوی “Options” را باز کرده و روی “Update Catalog” کلیک کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – بهروزرسانی کاتالوگ
در مواردی که CPU شما از طریق یک فیلدباس مانند PROFIBUS و PROFINET به دستگاههای دیگر متصل است، نیاز به پیکربندی شبکه داریم. بیایید یک دستگاه Slave را که از طریق PROFIBUS به CPU متصل است، پیکربندی کنیم. برای این کار، در بخش پیکربندی سختافزار، روی رابط “MPI/DP” مربوط به CPU دوبار کلیک کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – دسترسی به رابط MPI و DP
با این کار، پنجرهی خصوصیات رابط DP (Decentralized Periphery) مربوط به CPU باز میشود. در اینجا میتوانید نوع پروتکل استفادهشده، آدرس، و ویژگیهای شبکهای این رابط را تعریف کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – پیکربندی رابط شبکه
ابتدا فهرست انواع را باز کنید و گزینه “PROFIBUS” را انتخاب کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – انتخاب پروتکل PROFIBUS
پس از این، بخش تنظیمات شبکه را باز کنید. در اینجا میتوانید آدرس دستگاه و زیرشبکه (Subnet) را تعریف کنید. آدرس را روی مقدار پیشفرض نگه دارید و در قسمت زیرشبکه روی گزینه “New” کلیک کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – افزودن یک زیرشبکه(subnetwork) جدید
این کار یک زیرشبکه جدید به شبکه PROFIBUS شما اضافه خواهد کرد.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – زیرشبکه(subnetwork) ایجاد شد
حالا به بخش پیکربندی سختافزار بازگردید. یک شاخه متصل به رابط “MPI/DP” CPU مشاهده خواهید کرد. این شاخه، زیرشبکه PROFIBUS شما است.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – شاخه شبکه در پیکربندی سختافزار
به این زیرشبکه، میتوانیم دستگاههای Slave مانند ماژولهای راه دور ET 200 و سایر انواع دستگاههای پیرامونی را اضافه کنیم. برای افزودن دستگاه به شبکه، دستگاه مورد نظر را به شاخه شبکه بکشید. با این کار، پنجره خصوصیات PROFIBUS دستگاه باز میشود. زیرشبکهای که قبلاً ایجاد کردهایم را انتخاب کنید و روی “OK” کلیک کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – انتخاب شبکه
پس از اضافه کردن دستگاه، میتوانیم ماژولهایی را به آن اضافه کنیم تا دستگاه کامل شود. اضافه کردن یک ماژول تغذیه (Power Module) الزامی است. یک ماژول “PM-E DC24..48V” را به دستگاه ET 200 اضافه کنید.
پس از اتمام این کار، میتوانیم مدیر شبکه (Network Manager) را باز کنیم تا پیکربندی PROFIBUS را بررسی کنیم. روی دکمه “Open network manager” کلیک کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – افزودن یک DP slave
در مدیر شبکه بررسی کنید که دستگاههای شما (CPU و ET 200) به شبکه PROFIBUS متصل شده باشند. اگر این اتصال برقرار نیست، میتوانید از طریق رابط گرافیکی آنها را متصل کنید؛ به این صورت که رابط دستگاه (مربع صورتی) را انتخاب کرده و آن را به شبکه PROFIBUS (خط صورتی) بکشید.
اکنون پیکربندی ایستگاه را به پایان رساندهایم و میتوانیم به مدیریت بلوکهای برنامه بپردازیم. به یاد داشته باشید، برنامههای PLC به بخشهای مختلفی تقسیم میشوند که به آنها «بلوک» گفته میشود. شما میتوانید این بلوکها را برنامهریزی کرده و آنها را به هم لینک کنید تا برنامههای اتوماسیون را بسازید.
چهار نوع بلوک برنامه وجود دارد:
این بلوکها مهمترین بلوکهای برنامه PLC هستند. آنها ترتیب و زمانبندی اجرای برنامه را تعریف میکنند. OBها تعیین میکنند که بخشهای خاصی از برنامه چه زمانی و چند بار اجرا شوند. معمولاً کارهایی مانند شروع برنامه، اجرای دورهای برنامه و مدیریت خطاها را بر عهده دارند.
این بلوکها روتینهای از پیش تعریف شده یا تعریف شده توسط کاربر هستند که وظایف یا محاسبات خاصی را انجام میدهند. توابع عملیات خاصی را کپسوله و مدولار میکنند تا کد قابل خواندن و قابل استفاده مجدد باشد. آنها میتوانند محاسبات ریاضی، دستکاری دادهها و سایر وظایف را انجام دهند.
این بلوکها دادهها مانند متغیرها، آرایهها و انواع داده ساختاریافته را ذخیره و مدیریت میکنند. این بلوکها اجازه میدهند دادهها را به صورت ساختاریافته سازماندهی و ذخیره کنید تا مدیریت و دسترسی به دادهها در سراسر برنامه آسانتر شود. معمولاً برای ذخیره دادههای فرایند، تنظیمات پیکربندی و دادههای ورودی/خروجی (I/O) استفاده میشوند.
این بلوکها ماژولهای برنامه قابل استفاده مجدد هستند که یک عملکرد کنترل یا اتوماسیون خاص را کپسوله میکنند. آنها از یک تابع (FC) همراه با یک بلوک داده (DB) تشکیل شدهاند. میتوانند الگوریتمهای کنترل پیچیدهای مانند کنترلکنندههای PID، کنترل موتور یا پروتکلهای ارتباطی را نمایندگی کنند.
شما میتوانید این بلوکها را در بخش “Blocks” در پوشه “S7 Program” مربوط به CPU خود ایجاد، ویرایش و مدیریت کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7- دسترسی بهstation program block
بخش “Blocks” را باز کنید. در اینجا دو عنصر پیشفرض خواهید یافت:
System data که دادههای اساسی برای عملکرد سیستم در آن ذخیره میشوند.
و OB1 (Organization Block 1) که حلقه اصلی اجرای برنامه به صورت دورهای است (جایی که برنامه اصلی شما در واقع اجرا خواهد شد).
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – بلوکهای برنامه(program block)
برای این مثال، یک بلوک تابع (Function Block) و یک بلوک داده (Data Block) ایجاد خواهیم کرد. با این حال، برنامهنویسی واقعی در این بخش پوشش داده نمیشود و در آموزش برنامهنویسی SIMATIC Manager به آن پرداخته خواهد شد. برای ایجاد یک بلوک جدید، در فضای کاری کلیک راست کنید، سپس به گزینه “Insert New Object” بروید. در اینجا، تمام بلوکهای قابل ایجاد را خواهید دید. گزینه “Function Block” را انتخاب کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – افزودن یک بلوک تابع
پنجرهی خصوصیات بلوک تابع (FB) باز خواهد شد. مطمئن شوید که زبان را روی “LAD” تنظیم کردهاید و سپس روی “OK” کلیک کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 -ویژگیهای FB
پس از انجام این کار، یک بلوک تابع جدید با نام FB1 ایجاد خواهد شد.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – FB1 ایجاد شد
پس از آن، همان عملیات قبلی را تکرار کنید تا یک بلوک داده (Data Block) اضافه شود.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – ایجاد یک بلوک داده جدید
دوباره یک پنجرهی خصوصیات باز خواهد شد. اطمینان حاصل کنید که نوع بلوک داده (DB) روی “Shared DB” (بلوک داده سراسری یا Global DB) تنظیم شده باشد.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7- ویژگیهای پایگاه داده(data block)
پس از اتمام، یک بلوک داده جدید با نام DB1 ایجاد خواهد شد.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – data block ایجاد
تا اینجا مراحل اصلی در ایجاد یک پروژه اتوماسیون را پوشش دادهایم. مرحله نهایی، انتقال پروژه حاوی برنامهها به PLC است. برای این کار باید یک PLC فیزیکی یا مجازی به سیستم متصل باشد. من از یک PLC مجازی (PLCSim) در پسزمینه استفاده میکنم تا امکان دانلود فراهم شود. آموزش شبیهسازی SIMATIC Manager اطلاعات بیشتری درباره PLC مجازی ارائه میدهد. ایستگاه را در درخت پروژه انتخاب کنید و روی دکمه “Download” کلیک کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7- دانلود ایستگاه
منتظر بمانید تا فرآیند دانلود کامل شود.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – میزان پیشرفت دانلود برنامه
و کار تمام است؛ برنامه به PLC منتقل شده است.
همچنین امکان بازیابی برنامه از یک PLC وجود دارد. برای این کار، یک پروژه جدید ایجاد کنید، منوی PLC را باز کنید و روی گزینه “Upload Station to PG…” کلیک کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7 – آپلود برنامه از PLC
پنجرهای به نام “Select Node Address” باز خواهد شد که در آن میتوانید PLC مورد نظر برای آپلود را جستجو و انتخاب کنید. برای بهروزرسانی لیست دستگاههای قابل دسترسی، روی دکمه “Update” کلیک کنید. پس از یافتن PLC مورد نظر، آن را انتخاب کرده و روی “OK” کلیک کنید.
برنامهنویسی PLC زیمنس SIMATIC Manager STEP7- انتخاب هدف آپلود
ایستگاه بارگذاری شده در پروژه جدید شما ظاهر خواهد شد که شامل تمام پیکربندیها و برنامههای موجود در داخل PLC است.
برنامهنویسی PLC STEP7 با نرمافزار Siemens SIMATIC Manager – ایستگاه(station) بارگذاری شده است
این آموزش به شما یاد داد چگونه بهطور مؤثر از نرمافزار SIMATIC Manager شرکت زیمنس برای برنامهنویسی PLCهای سری S7-300 و S7-400 استفاده کنید. ابتدا مراحل ضروری ایجاد پروژه را پوشش دادیم و نگاهی دقیق به رابط اصلی نرمافزار انداختیم. سپس به پیکربندی سختافزار پرداختیم و نحوه اضافه کردن و تنظیم ایستگاهها و ماژولهای PLC را نشان دادیم. پس از آن، به ارتباط شبکهای از طریق PROFIBUS پرداختیم و نحوه پیکربندی اتصال بین PLC و دستگاههای دیگر را توضیح دادیم. علاوه بر این، مدیریت بلوکهای برنامه را معرفی کردیم، چهار نوع اصلی بلوک برنامه را برشمردیم و چگونگی ایجاد آنها را توضیح دادیم. در نهایت، فرآیندهای مهم دانلود و آپلود برنامهها به و از PLC را مورد بحث قرار دادیم تا درک جامعی از عملکرد SIMATIC Manager به دست آورید.
نرمافزار SIMATIC Manager در طول این آموزش به عنوان ابزاری ساده، شهودی و کاربرپسند اثبات شده است. رابط کاربری آن به گونهای طراحی شده که پیکربندی و برنامهنویسی PLCها را ساده کرده و حتی برای افراد تازهکار در مهندسی اتوماسیون نیز قابل دسترسی باشد. با رویکردی آسان در راهاندازی سختافزار، ارتباط شبکهای و مدیریت بلوکهای برنامه، SIMATIC Manager به مهندسین امکان میدهد با کارایی و اطمینان بالا روی PLCهای زیمنس سری S7-300 و S7-400 کار کنند.