SIMATIC PCS 7 (Process Control System) Nasıl Kullanılır?

Bu yazımızda PCS 7 proses kontrol sisteminin, otomasyon istasyonlarında kullanılan elemanların arasındaki iletişim için gerekli tüm blokları otomatik olarak kurması için önemli ayarlar yapılması konu alınmıştır.

Uygulama için Gerekli Teorik Altyapı

Kısaca Teorik Bilgi

Donanım konfigürasyonu sırasında, ölçülen değerlerin elde edilmesi ve proses kontrolü için sinyallerin çıkışı için gerçek bileşenler, konfigürasyonun tablo şeklinde bir temsiline eklenir ve düzenlenir. Şekil 1’de gösterildiği gibi, bu işlem her bir giriş/çıkış modülünün hangi yuvaya veya hangi sırayla yerleştirildiğini açıklar. Ek olarak, giriş ve çıkış sinyallerini proses görüntüsünde tanımlı bir hafıza konumuna atayabilir ve modül parametrelerini atayabilirsiniz. Fieldbus kullanılıyorsa, benzersiz cihaz adresleri de belirtilir.

Ayarlar kaydedildiğinde ve derlendiğinde, tutarlılık kontrolü yapılır (tüm modüller eşleşir mi, adresler iki kez atanmış mı, vb.). Konfigürasyon kendi içinde tutarlı yapılır yapılmaz, proses verilerinin iletişimi için gerekli bloklar kullanıcı müdahalesi olmadan kurulur ve daha sonra kontrol sisteminin otomasyon istasyonlarına yüklenir. Bunlar artık, kurulu yapılandırmanın yapılandırılana karşılık gelip gelmediğini başlangıçta belirlemek için tüm bilgilere sahiptir. Ayrıca proses verilerinin istenilen örnekleme hızında otomasyon sistemlerinde daha fazla işlenmek üzere hazır olmasını sağlar. Uygun mesajların ve alarmların otomatik olarak verilmesi gibi hatalar durumunda da kapsamlı önlemlerin alınması çoğu kullanıcı için önemsiz kabul edilir.

Proses Kontrol Sistemlerinin Dağıtılmış Mimarisi Nasıldır?

PCS 7 gibi ölçeklenebilir proses kontrol sistemleri, çok çeşitli prosesleri kapsar. Uygulamalar, yalnızca birkaç sensöre ve aktüatöre sahip küçük laboratuvar tesislerini, yüz bin işlem etiketine sahip büyük tesislere kadar heryerde kullanılabilir. Bu geniş yelpazeyi kapsamak için özel yapılar gereklidir. Kolayca genişletilebilen tipik bir bileşen yapısı şöyledir:

– Süreç yönetimi seviyesinde, bir veya daha fazla operatör istasyonundan oluşan bir işletim sistemi (OS) kullanılır. Operatörler, bu işletim sistemi aracılığıyla tesisi kontrol edebilir ve izleyebilir.

– Kontrol seviyesinde, açık çevrim ve kapalı çevrim kontrol fonksiyonlarını gerçek zamanlı olarak yürüten bir veya daha fazla otomasyon istasyonu (AS) vardır. Bu sistemler, işletim sistemi arızalarından bağımsız olarak işlerini yapacaklardır. En azından bir güç kaynağından (Power Source(PS)) ve bir CPU’dan ve gerekirse iletişim modüllerinden (Connection Part(CP)) oluşurlar.

– Saha düzeyinde, sensörler ve aktüatörler sırasıyla teknik süreçlerin durumlarını kapsar ve bu süreçleri etkiler.

Şekil 2’de gösterildiği gibi, tüm bileşenler laboratuvarda tek bir bilgisayar sisteminde çalışabilirken, karmaşıklığı daha iyi ele almak için bileşenlerin belirli bir tesis boyutuna (örneğin bir pilot tesis) ulaşıldıktan sonra dağıtılması tavsiye edilir. Bu bileşenler arasındaki veri alışverişi için gereksinimlere bağlı olarak çeşitli bus sistemleri kullanılır, Süreç veri iletişimi için gerekli gerçek zamanlı özelliklere sahip bus sistemleri örnek olarak verilebilir.

Process Görüntüsü(imgesi) Nasıl Alınır?

Merkezi işlem birimi (CPU), otomasyon istasyonlarındaki (AS) otomasyon programlarını diğer bilgisayarlarla aynı şekilde işler. Kontrol programları çevrimsel olarak işlenir. Prosesten gelen sinyaller işlendiğinde, program bağlı giriş ve çıkış modüllerine doğrudan erişmez. Bunun yerine, tüm sinyallerin bir kerede okunduğu ve döngünün başlangıcında depolandığı bir süreç görüntüsü oluşturulur.

Bunun iki nedeni vardır: Birincisi, proses görüntüsüne erişmek, CPU’nun dahili belleğinde depolandığından çok daha az zaman gerektirir. İkinci olarak, bu yaklaşım, kontrol programının yürütme süresinden bağımsız olarak, giriş bilgilerinin tümünün tanımlanmış bir zaman penceresi içinde toplanmasını sağlar. Bu veri tutarlılığı, işlem görüntü girişindeki (Process Image Input(PII)) giriş modüllerinden gelen sinyalleri döngü başında bir kez okunarak elde edilir. Program daha sonra işlenir ve sonuçlar çıktıların (PIQ) süreç görüntüsüne(imgesine) yazılır.

Tüm program işlendikten sonra, veriler PIQ’dan çıktı modüllerine yazılır ve böylece prosese çıktı alınır. Girişlerin proses görüntüsü(imgesi), Şekil 3’te gösterildiği gibi tekrar güncellenir.

PCS7 ile Proses Arasındaki Bağlantı Nasıl Kurulur?

Sensörler tarafından elde edilen sıcaklık, basınç, seviye ve akış hızı gibi proses sinyalleri, dönüştürücüler ile elektrik sinyaline dönüştürülür. Ölçüm cihazı bir fieldbus üzerinden doğrudan bağlı değilse, sinyal genellikle standart bir elektrik sinyaline dönüştürülür. Bu sinyal daha sonra otomasyon sistemi tarafında standart bir sinyal modülü ile alınabilir.

Proses endüstrisi tesislerinin bir avuç ölçülen değerden on binlerce ölçülen değere kadar herhangi bir yerde elde etmesi beklendiğinden, otomasyon planlama aşamasında ölçüm modülünü seçmek, net bir şekilde atamak ve parametrelendirmek mümkün olmalıdır. Örneğin, kullanıcı başlangıçta gerekli sinyal modüllerini donanım konfigürasyonunda sanal olarak düzenler. Ek olarak, sinyal modülleri için proses görüntüsünde yukarıda belirtilen bellek alanı ataması yapılır. Konfigürasyona bir sinyal ulaşır ulaşmaz, proses görüntüsünde otomatik olarak yeterli bellek alanı ayrılır. Otomatik atamayı manuel olarak değiştirme seçeneği vardır, ancak CPU’daki bellek alanının boyutu her zaman dikkate alınmalıdır.

Sinyal tipine bağlı olarak farklı sinyal modülleri kullanılır. Binary sinyaller için DI (Dijital Giriş) ve DO (Dijital Çıkış) modülleri kullanılmaktadır. Bireysel sinyaller bitler halinde düzenlenir; bu, her giriş/çıkış sinyalinin işlem görüntüsünün bir bitini kapladığı anlamına gelir. Ancak sinyal modülleri genellikle aynı anda 8, 16 veya 32 sinyal alır.

Analog sinyaller için AI (Analog Giriş) ve AO (Analog Çıkış) modülleri kullanılır. Analog sinyaller genellikle kelimelerle (16 bit) düzenlenir. Her analog giriş veya çıkış sinyali, Şekil 4’te gösterildiği gibi 16 bit bellek kaplar. Bunun için analog giriş modülü, analog işlem sinyalini dijital bir forma dönüştürür. Çözünürlüğe bağlı olarak sadece üst sıradaki pozisyonlar doldurulur ve alt sıradaki pozisyonlara ‘0’ yazılır. Analog çıkış modülleri, dijital çıkış değerini bir analog sinyale dönüştürür. Analog sinyaller söz konusu olduğunda, modüller yalnızca sinyal sayısına göre değil, örneğin 2×12 bit, 8×13 bit veya 8×16 bit gibi çözünürlüklerine göre de ayırt edilir.

PCS7 de Dağıtılmış Giriş Çıkışlar Nasıl Kullanılır?

Donanım konfigürasyonunda, SIMATIC ET 200M, Şekil 6’da gösterildiği gibi AS’nin bir PROFIBUS DP hattına bağlanır. Donanım konfigürasyonu, seçili alt ağda henüz kullanılmayan adresleri otomatik olarak önerir. Kullanıcı, aşağıda açıklandığı gibi ET 200M’nin yuvalarına giriş ve çıkış modülleri atar.

Sensörler ve sinyal kaynakları otomasyon sisteminden uzağa yerleştirildiğinde, kablolama çok kapsamlı ve karmaşık hale gelebilir. Ek olarak, elektromanyetik parazit güvenilirliği bozabilir. Dağıtılmış I/O cihazlarının kullanımı bu tür tesisler için uygundur.

– Otomasyon sistemi merkezi bir konumdadır.

– Bir veya daha fazla G/Ç cihazı (giriş ve çıkış modülleri), merkezi olmayan bir yerde yerel olarak çalışır.

– I/O ile otomasyon sistemi [1] arasındaki veri aktarımı PROFIBUS DP (Dağıtılmış I/O) üzerinden gerçekleşir. Bu amaçla AS ve I/O, ilgili iletişim modülleriyle donatılmalıdır.

Önceki bölümde açıklanan tesis için dağıtılmış I/O cihazı olarak bir SIMATIC ET 200M seçilmiştir. Kanıtlanmış S7-400 otomasyon sisteminin I/O modülleri, AS ile iletişimi sağlayan bir arayüz modülüne (IM 153-x) bağlanır. Şekil 5, tipik bir konfigürasyonu göstermektedir. Sağda, IM 153-1 arayüz modülüne birkaç dijital ve analog giriş ve çıkış modülü bağlanır. Sahadan gelen proses sinyalleri, giriş ve çıkış modüllerinin altındaki yönlendirme seviyesine doğrudan bağlanır; buradan, kısa kablolar modüllere yol açar, böylece sahaya giden kablolamadaki hataların hızla ortadan kaldırılmasını sağlar.