ویژگی های متمایز S7-1500T برای سیستم های کنترل موقعیت 

چه چیزِ خاصی S7-1500T را متمایز می‌کند؟

S7-1500T یک «Technology CPU» از خانواده S7-1500 است که قابلیت‌های پیشرفته‌ی Motion Control را مستقیماً داخل CPU فراهم می‌کند (بدون نیاز به کنترلر حرکت جداگانه). امکانات برجسته شامل توابع کینماتیک، گِیرینگ و کَمینگ، همگام‌سازی محورها، و تا ۴ محور قابل اینترپولاسیون در سطح CPU است — مناسب برای کاربردهای پوزیشنینگ/اینترپولیشن متوسط و ترکیبی در خطوط تولید. Siemens Assets

۲) مدل برنامه‌نویسی: Technology Objects (TO) و Motion Control instructions

• هسته‌ی مدل برنامه همان Technology Objects (TO) است (مثلاً TO_PositioningAxis, TO_SynchronousAxis, TO_Kinematic, …). TO نمایش‌دهنده «محور» یا «آبجکت حرکتی» درون PLC است و اکثر رفتارهای حرکتی از طریق این TOها انجام می‌شود. Siemens Industry Cache

• برای فرمان‌دهی از TIA Portal از Motion Control instructions استفاده می‌کنید (مثال‌ها: MC_Power, MC_MoveAbsolute, MC_MoveSuperimposed, MC_SetSensor, MC_Home, MC_Stop و …). این بلاک‌ها در TIA تحت مسیر Instructions → Technology → Motion Control در دسترس‌اند و الگوریتم‌های اجرایی TOها را فراخوانی می‌کنند. Siemens Industry Support

• مزیت عملی: ایجاد TO در پروژه یک DB فنّی اتوماتیک می‌سازد که وضعیت‌ها، setpointها و پارامترهای محور را نگهداری می‌کند — به‌راحتی قابل مانیتور/آلارم/پیکربندی است.

۳) انواع محورها، انکدرها و سنسورهای مرجع

• PositioningAxis: محور پوزیشن کنترل‌شده (مناسب برای ایندکسینگ، نقاله‌های با ایست دقیق).

• SynchronousAxis: شامل توابع PositioningAxis بوده و قابلیت دنبال‌کردن محور مستر (following) را دارد (gearing/camming).

• S7-1500T اجازه‌ی اتصال چندین انکدر برای یک محور را می‌دهد (تا ۴ انکدر قابل کانفیگ برای هر محور و سوئیچینگ بین آن‌ها در اجرا) — این امکان مهم در کاربردهایی مانند redundancy، اصلاح با انکدر خارجی یا encoder on roller کاربردی است. همچنین قابلیت External-Encoder و سوئیچ encoder در runtime با دستوراتی مثل MC_SetSensor وجود دارد. Siemens TIASiemens Industry Cache

۴) اینترپولاسیون، کینماتیک، گِیر و کمینگ

• S7-1500T توابع کینماتیک و اینترپولاسیون چند‌محوری را پشتیبانی می‌کند (تا 4 محور در حالت اینترپولاسیون مستقیم در CPU) که برای کاربردهایی مثل برش CNC ساده/سرعت‌بالا، هدهای چاپ/گِلازینگ چند‌محوره و کنترل هم‌زمان گِیرینگ مفید است. Siemens AssetsSiemens Industry Support

• توابع Gearing/Camming و Cam-Track برای تولید پروفایل‌های زمان‌بندی‌شده و وابسته به محور مستر آماده‌اند؛ همچنین امکان سوپرایمپوز (superimposed) کردن حرکت موقعیت نسبی بر روی یک حرکت پایه‌ی در حال اجرا وجود دارد (MC_MoveSuperimposed). Siemens TIA

۵) یکپارچه‌سازی با Drives و شبکه

• ارتباط با درایوها معمولاً از طریق PROFINET انجام می‌شود؛ CPU موقعیت/سرعت محاسبه‌شده را به صورت setpoint (معمولاً سرعت یا موقعیت) به درایو می‌فرستد و حلقه کنترلی موقعیت می‌تواند یا در درایو (درایو با کنترل موقعیت داخلی) یا ترکیبی CPU↔Drive باشد. پیکربندی درایوها و اینکدرها در TIA Portal انجام می‌شود. Siemens TIA

• S7-1500T با طیف درایوهای SINAMICS (V90, G120, S120 و …) قابل استفاده است؛ بنا به نیاز سیستم (تعداد محورها، ویژگی‌های رگنراسیون انرژی، نیاز به interpolation سخت‌افزاری) درایو مناسب انتخاب می‌شود.

۶) محدودیت‌های معماری و انتخاب CPU

• تعداد TOها، تعداد محورها و پیچیدگی کینماتیک تحت محدویت‌های پیکربندی (Configuration limits) و توان پردازشی CPU قرار دارد؛ برای انتخاب مدل CPU صحیح باید از TIA Selection Tool و مستندات Motion Control استفاده شود (Cycle time، تعداد اینترپول محور‌ها، و تکنولوژی مورد استفاده تعیین‌کننده هستند). در نسخه‌های جدید TIA/STEP7 مستندات Configuration limits به‌روزرسانی شده‌اند. Siemens Industry Support

۷) دیباگ، آلارم‌ها و مدیریت خطا

• مستندات S7-1500T لیستی از Technology Alarms و error-IDs ارائه می‌کنند و توابعی برای acknowledge و restart TOها موجود است (MC_Reset, acknowledge alarms). همچنین StopModeهای مختلف (Emergency decel / Fast stop / Coast down) برای رفتار در مقابل خطا قابل انتخاب هستند. Siemens Industry Support

۸) نکات مهندسی و بهترین‌عمل‌ها برای پیاده‌سازی و تیونینگ

• انتخاب انکدر: در صورت نیاز به دقت و تکرارپذیری بالا از انکدرهای مطلق high-resolution (single/multi-turn) استفاده کنید و در صورت امکان از encoder on motor و/یا encoder on load برای حذف کشش کوپلینگ بهره ببرید.

• پروفایل حرکت: از S-curve یا jerk-limited profile برای کاهش نوسان مکانیکی استفاده کنید؛ مقدار jerk را بر اساس سختی مکانیک و زمان پاسخ مطلوب تنظیم کنید.

• Feedforward: اعمال feedforward سرعت و شتاب (در TIA Portal/پارامترهای TO) کمک چشمگیری در کاهش خطای قله‌ای می‌کند.

• تعمیرات حرارتی و انرژی ترمزی: برای سیکل‌های پرتکرار توقف/برگشت، توجه به regen و چِکِر یا مقاومت ترمز (braking chopper / resistor) در درایوها ضروری است.

• EMC و کابل‌کشی: جداسازی کابل‌های قدرت و سیگنال، اتصال شیلد به یک نقطه، و رعایت دستورالعمل‌های EMC سازنده در نصب عملیاتی الزامی است.

• ایمنی: برای ایمنی عملکردی از STO و ماژول‌های ایمنی یا ماژول‌های F-IO استفاده کنید و هنگام طراحی interlocks ایمنی را در PLC و لایه سخت‌افزاری درنظر بگیرید.

۹) مثال‌های واقعی و مهندسی‌شده — چه کاربردهایی برای S7-1500T مناسب‌اند؟

(برای هر نمونه، نکات فنی کلیدی را آوردم)

صنعت نفت و گاز

• دستگاه تست و پوزیشنینگ ولوها (Valve test bench): نیاز به چند محور (باز/بسته، جابجایی، اندازه‌گیری گشتاور) — استفاده از TO_PositioningAxis برای پوزیشن دقیق ولو، MC_MeasuringInput برای ثبت مقادیر تست و امکان سوئیچ انکدر برای redundancy. (مزیت: ضبط لاگ‌های تست و اجرای پروفایل‌های سرعت/شتاب قابل برنامه‌ریزی). Siemens Industry Cache

معادن و انتقال مواد (Conveying / Stacker-Reclaimer)

• همگام‌سازی چندین نقاله و سرریزها: استفاده از SynchronousAxis و gearing برای follow-up محورها، cross-PLC synchronization برای سیستم‌های توزیع‌شده و استفاده از TM/External-encoder برای مرجع‌گیری. Siemens Industry Support

صنایع فولاد

• کنترل کویلینگ و Shear/Slitting: اینترپولاسیون چندمحوره برای کنترل مسیر برش، camming برای همگام‌سازی تیغه‌ها و master-slave gearing بین unwind/rewind. S7-1500T امکان مدیریت اینتوپ‌ها و cam-tracks را دارد. Siemens Assets

کاشی و سرامیک / صنایع بسته‌بندی

• شاخص‌گذاری/برش/پوزیشنینگ (مثل Tile Scoring & Splitting): ترکیب محور نقاله (همگام‌سازی با انکدر غلتکی) به‌عنوان محور master و محور پوزیشن تیغ به عنوان positioning axis؛ استفاده از MC_MoveSuperimposed برای جابجایی‌های نسبی روی حرکت نقاله. (این سناریوها به‌خوبی با TOها و MC instructions قابل پیاده‌سازی‌اند). Siemens TIA

۱0) چک‌لیست مهندسی قبل از انتخاب S7-1500T برای پروژه

• تعداد محورها و نیاز به اینترپولاسیون چندمحوره (≤4)؟

• نیاز به کینماتیک/gear/cam؟

• Cycle time مورد نیاز و تعداد TOها (براساس TIA Selection Tool)؟ Siemens Industry Support

• محل حلقه کنترلی موقعیت (در درایو یا ترکیبی PLC↔Drive) و نوع انکدر (مطلق/افزایشی)؟

• نیازهای ایمنی عملکردی (STO، F-I/O) و مدیریت انرژی ترمزی؟

منابع (گزیده — مستندات سیمنس)

• SIMATIC S7-1500 T-CPU — Sales / Feature slides. Siemens Assets

• The Technology Objects (TO) of SIMATIC S7-1500(T). Siemens Industry Cache

• S7-1500/S7-1500T Motion Control Overview (Function Manual / TIA). Siemens Industry Support

• TIA Portal — Introduction to S7-1500 Motion Control (Drive/Encoder connection, TOs). Siemens TIA

• Motion Control — Configuration limits & selection (Motion Control Overview V9.0, 2024). Siemens Industry Support