اگر به‌دنبال پردازنده‌ای هستی که همزمان ایمنی بالا (Failsafe) و دسترسی بدون توقف (Redundancy) را در فرآیندهای صنعتی فراهم کند، CPU 1518HF-4 PN زیمنس دقیقاً برای همین طراحی شده است.
این مدل از سری S7-1500 زیمنس، ترکیبی از سرعت پردازش بالا، امنیت پیشرفته و قابلیت هم‌زمانی در شرایط بحرانی است؛ مناسب برای پروژه‌هایی مثل نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌ها و سیستم‌های گاز و نفت که کوچک‌ترین خطا، توقف یا خطر ایمنی قابل‌قبول نیست.
تفاوت مفاهیم Redundancy و Failsafe در اتوماسیون صنعتی
در سیستمھای کنترل صنعتی در سطوح حساس، دو نیاز اساسی ھمواره مطرح است:
Redundancy یا افزونگی چیست؟
افزونگی یعنی دو یا چند کنترلر ھمزمان از طریق درگاه ھای ارتباطی با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند تا اگر یکی از کنترلرها (CPU) که به صورت Master می‌باشد از مدار خارج شود، کنترلر دوم بدون هیچ وقفه‌ای کنترل را ادامه دهد.
به این ترتیب، سیستم هیچ‌وقت متوقف نمی‌شود و همیشه در حالت High Availability باقی می‌ماند.
هدف اصلی:
افزایش دسترس‌پذیری و جلوگیری از توقف ناگهانی فرآیند.
Failsafe یا ایمنی در خطا چیست؟
Failsafe به معنی رفتن سیستم به حالت ایمن در زمان بروز خطر است؛ مثلاً زمانی که سنسوری خراب می‌شود یا اپراتور خطا می‌کند یا load Over سیستم، CPU به‌صورت خودکار برق موتور یا جریان گاز را قطع می‌کند تا آسیبی به تجهیزات یا انسان نرسد، در این حالت عملکرد کنترل نرمال متوقف شده یا به حالت کم‌خطر می‌رود.
هدف اصلی:
محافظت از جان انسان، تجهیزات و محیط در برابر خطرات احتمالی.
در حالت ایده‌آل، یک سیستم پیشرفته صنعتی باید همزمان افزونگی و ایمنی را داشته باشد و این دقیقاً همان کاری است که CPU 1518HF-4 PN انجام می‌دهد.
معرفی CPU مدل PN-4HF1518 زیمنس
CPU 1518HF-4 PN عضو خانواده‌ی S7-1500H/R زیمنس است که قابلیت Redundancy و Failsafe را به‌صورت یکپارچه در خود دارد.
این CPU برای برنامه‌هایی طراحی شده که هم نیاز به دسترسی بالا دارند و هم الزامات ایمنی عملکردی سطح بالا مثل SIL3 بر اساس استاندارد IEC 61508 یا PLE بر اساس ISO 13849-1 را رعایت می‌کنند.
ویژگی‌ها و قابلیت‌ها
- حافظه داده بزرگ برای اجرای برنامه‌های گسترده و پروژه‌های پیچیده
- پشتیبانی از زبان‌ها و Data Typeهای جدید در محیط برنامه‌نویسی TIA Portal
- سرعت پردازش بسیار بالا در محاسبات دودویی (Binary) و اعشاری (Floating-Point) — تا 1 نانوثانیه برای هر دستور
- قابلیت استفاده به عنوان کنترل‌کننده مرکزی (Central Controller) با ورودی/خروجی‌های توزیع‌شده
- پشتیبانی کامل از PROFINET IO RT با دو پورت سوییچ‌شده
- پشتیبانی از Profisafe در پیکربندی‌های توزیع‌شده برای انتقال ایمن داده‌ها
- دارای دو رابط PROFINET با آدرس IP مجزا برای تفکیک شبکه‌ها
- قابل برنامه‌نویسی از طریق TIA Portal نسخه 17 به بالا
- عملکرد بهینه به عنوان PROFINET IO Controller برای مدیریت I/O در شبکه‌های توزیع‌شده
- پشتیبانی از پکیج STEP 7 Advanced Safety جهت برنامه‌نویسی بخش‌های ایمنی
- طراحی رابط PROFINET IO RT به‌صورت سوییچ دو پورتی، با قابلیت اجرای توپولوژی Ring
- نیازمند استفاده از کارت حافظه Simatic Memory Card برای عملکرد کامل CPU
- رابط کاربری PROFINET اضافی با آدرس IP جداگانه — مناسب برای جداسازی شبکه‌ها
- پشتیبانی از Failover Scenario برای انتقال خودکار سیستم افزونه به حالت ایمن
- دارای نمایشگر جلویی با LEDهای وضعیت شامل RUN، STOP، ERROR و Network
- پردازنده بسیار قدرتمند با زمان اجرای دستور کمتر از 4 تا 1 نانوثانیه برای عملیات Binary
- سیستم امنیتی چهارسطحی (Security Integrated) شامل:
- رمز عبور محافظتی
- جلوگیری از کپی غیرمجاز
- تشخیص تغییرات غیرمجاز در برنامه‌ها
- حافظه کاری بزرگ در دو مدل مختلف (بسته به نیاز پروژه)
- پشتیبانی از ماژول‌های ایمن (Fail-safe Modules) در محیط TIA Portal برای پیکربندی Safety
- در صورت بروز خطا، کل سیستم افزونه به صورت خودکار به حالت ایمن (Failover Scenario) منتقل می‌شود
قابلیت‌های نمایشگر CPU 1518HF-4 PN زیمنس
- نمایشگر اطلاعات کلی مانند station name، location و غیره
- نمایش حالت ایمنی و تاریخ آخرین دانلود
- نمایش اطلاعات diagnostic
- نمایش module information
- نمایش تنظیمات نمایشگر
- تنظیمات IP addresses
- تنظیم تاریخ و زمان
- نمایش مد کاری (redundant یا non-redundant)
- نمایش Status شامل stop، primary و backup
- قابلیت Resetting the CPU to factory settings
- فعال کردن سطوح حفاظتی
نکات فنی و امنیتی (Security Integrated)
- محافظت مبتی بر رمز عبور در برابر خواندن یا تغییر غیر مجاز بلاک ھای برنامه‌ها
- محافظت در برابر کپی برداری، اجرای بلاک ھای برنامه نویسی فقط در صورت قرارگیری MMC پیکر بندی شده داخل شیار CPU (اجرای کد فقط با کارت حافظه‌ی اختصاصی CPU)
- مفھوم مجوز 4 سطحی: محدودیت ارتباطات با پنل اپراتوری
- محافظت در برابر دستکاری، تشخیص هرگونه تغییر مهندسی غیرمجاز در پروژه
در منوال رسمی این CPU، اطلاعات مفصلی از امکانات، جزئیات عملکرد ایمنی، ھمگام سازی، خطاھا و مشخصات فنی ارائه شده است:
ھمچنین در اسناد پیکربندی سیستم ایمنی با S7-1500HF، زیمنس توضیح میدھد که CPU در حالت ایمنی Safety mod داده ھای ایمن (Fail-safe) را به ماژول ھای IO ایمن ارسال می کند و بقیه داده ھا را به ماژول ھای غیر ایمن جداگانه می فرستد:
در یک اسلاید فنی زیمنس درباره سیستم ھای Redundant و Fail-safe، ترکیب ویژگی ھا و نکات طراحی سیستم HF با RH مقایسه شده است:
مقایسه دو مدل CPU 1518HF-4 PN
در این سری از cpu ھا دو number Article داریم در جدول زیر به برسی این دو نوع می پردازیم:
| مورد مقایسه | 6ES7518-4JP00-0AB0 | 6ES7518-4JT10-0AB0 | توضیح و تحلیل مهندسی |
|---|---|---|---|
| مدل CPU | CPU 1518HF-4 PN | CPU 1518HF-4 PN | هر دو از خانواده‌ی S7-1500F با قابلیت ایمنی بالا هستند |
| حافظه برنامه (Program) | 9MB | 18MB | مدل JT10 برای پروژه‌های بزرگ مناسب‌تر است |
| حافظه داده (Data) | 60MB | 150MB | فضای بیشتر برای Tag و Data Logging |
| وضعیت سخت‌افزار (HW FS) | FS04 | FS01 | نسخه سخت‌افزاری متفاوت |
| نسخه Firmware | V3.1 | V4.0 | نسخه 4.0 قابلیت امنیتی و عملکرد بهتری دارد |
| نسخه TIA Portal سازگار | V19 (FW 3.1) | V20 (FW 4.0) | هماهنگی دقیق Firmware و TIA ضروری است |
| صفحه‌نمایش | 6.1 cm | 6.1 cm | مشابه، برای نمایش وضعیت سیستم |
| ولتاژ نامی | 24 VDC | 24 VDC | طراحی تغذیه مستقل برای هر CPU توصیه می‌شود |
| محدوده ولتاژ مجاز | 19.2 – 28.8 V | 19.2 – 28.8 V | محدوده صنعتی استاندارد |
| زمان نگهداری در قطع برق | 5 ms | 5 ms | در صورت نیاز از UPS یا باتری خارجی استفاده شود |
| جریان مصرفی (حداکثر) | 1.9 A | 1.95 A | در طراحی منبع تغذیه، 20 تا 30٪ رزرو شود |
| Work Memory (Program) | 9 MB | 18 MB | مدل JT10 ظرفیت دو برابر دارد |
| Work Memory (Data) | 60 MB | 150 MB | برای پروژه‌های نیازمند داده زیاد مناسب‌تر است |
| Load Memory (MMC) | 32 GB | 32 GB | هر دو تا 32GB را پشتیبانی می‌کنند |
| سرعت پردازش بیت (typ.) | 4 ns | 1 ns | تا 4 برابر سریع‌تر در مدل JT10 |
| سرعت پردازش Word (typ.) | 6 ns | 2 ns | مناسب حلقه‌های کنترلی با عملیات زیاد |
| سرعت محاسبات Floating Point | 24 ns | 8 ns | تا 3 برابر سریع‌تر در JT10 |
| تعداد بلوک‌ها (OB/FB/FC/DB/UDT) | 20,000 | 40,000 | ظرفیت بالاتر در JT10 برای ساختارهای مدولار |
| حافظه Retentive | 768 KB | 5 MB | JT10 دارای حافظه ماندگار بسیار بیشتر |
| Extended Retentive Area | 100 MB | 100 MB | نیازمند PS خاص (60W 24/48/60VDC HF) |
| حداکثر ماژول‌های I/O | 8192 | 8192 | ظرفیت برابر؛ توپولوژی شبکه مهم‌تر است |
| تعداد اینترفیس‌های PROFINET | 3 | 3 | مشابه از نظر تعداد |
| پورت X1 | 2 پورت، سوییچ مجتمع | 2 پورت، سوییچ مجتمع | نقش اصلی Controller/IO |
| پورت X2 | 1 پورت (بدون سوییچ) | 2 پورت (با سوییچ) | JT10 شبکه قوی‌تری دارد |
| PROFINET IO Controller (X2) | ندارد | ندارد | مشابه |
| پورت X3 | 1 پورت | 1 پورت | مناسب ارتباط با SCADA/HMI |
| پشتیبانی از Sync Submodule (X4/X5) | دارد | دارد | مناسب برای Redundancy با فیبر نوری |
| پشتیبانی PROFIsafe | V2.4 / V2.6 | V2.4 / V2.6 | پشتیبانی از ایمنی تا سطح SIL 3 |
| تعداد IO Devices (حداکثر) | 256 | 256 | مشابه |
| تعداد ارتباطات (Connections) | 384 (320 داخلی) | 384 (320 داخلی) | مناسب شبکه‌های پیچیده |
| پشتیبانی از Redundancy (S2/R1) | دارد | دارد | هر دو از سیستم افزونگی پشتیبانی می‌کنند |
| MRP (Media Redundancy) | فقط از X1 | فقط از X1 | طراحی Ring باید از X1 انجام شود |
| زمان سوییچ در قطع خط (MRP) | 200 ms (typ) | 200 ms (typ) | در طراحی باید لحاظ شود |
| OPC UA Server | دارد (نیاز به لایسنس بزرگ) | دارد (نیاز به لایسنس بزرگ) | برای پروژه‌های صنعتی الزامی است |
| تعداد Tags قابل اشتراک (max) | 50,000 | 120,000 | JT10 برای پروژه‌های بزرگ مناسب‌تر است |
| Team Engineering | ندارد | دارد | JT10 برای کار تیمی همزمان طراحی شده است |
در یک نگاه:
مدل 4JT10-0AB0 انتخاب ایده‌آل برای پروژه‌های بزرگ، داده‌محور و حساس است؛ سرعت بالاتر، حافظه‌ی بیشتر و امکانات تیمی آن را از مدل 4JP00 متمایز می‌کند.
پیشنهادهای کاربردی در پروژه
- در حالت Redundancy، هر دو کنترلر باید Firmware یکسان داشته باشند.
- برای هر CPU باید تغذیه‌ی مستقل در نظر گرفته شود.
- طراحی شبکه با درنظرگرفتن MRP Ring انجام شود.
- استفاده از فیبر نوری برای هم‌زمان‌سازی (Sync Module) توصیه می‌شود.
- در سند زیمنس آمده که این پردازنده برای برنامه‌های با دامنه بزرگ، سرعت بالا و نیاز ایمنی به SI3 مناسب است.
کاربردهای صنعتی توصیه‌شده
- واحدهای پیوسته در نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌ها و خطوط گاز و نفت (سیستم باید بدون وقفه کار کند)
- سیستم‌های گاز، توربین و بویلر (الزامات ایمنی قوی وجود دارد)
- فرآیندهای حساس تحت فشار یا دما
- پروژه‌هایی با IO زیاد و منطق پیچیده
- سیستم‌هایی که هزینه توقف یا Downtime بالا دارند
قیمت CPU 1518HF-4 PN زیمنس
اگر پروژه‌ی شما نیازمند سیستمی است که حتی در سخت‌ترین شرایط بدون توقف، ایمن و سریع بماند، CPU 1518HF-4 PN زیمنس یکی از حرفه‌ای‌ترین انتخاب‌هاست.
برای دریافت مشاوره فنی، بررسی سازگاری با سیستم شما یا استعلام قیمت، می‌توانید با تیم مهندسی فرتاک ایمن ویژن با شماره 02188800719 تماس بگیرید.
سوالات متداول
1. آیا این CPU برای سیستم‌های قدیمی‌تر S7-300 یا 400 قابل جایگزینی است؟
خیر، ولی از طریق شبکه PROFINET می‌تواند با آنها در سطح ارتباطی داده تبادل کند.
2. آیا برای پیکربندی ایمنی نیاز به نرم‌افزار خاصی دارم؟
بله، بخش Failsafe تنها از طریق پکیج STEP 7 Safety Advanced در TIA Portal V17 به بالا قابل تنظیم است.
3. آیا می‌توان از این CPU بدون حالت Redundancy استفاده کرد؟
بله، این CPU در هر دو حالت عادی و افزونه (redundant / non-redundant) کار می‌کند.
نقد و بررسی‌ها
هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.