ماژول های S7 1200 زیمنس تجهیزات جانبی و کارت‌های توسعه‌ای هستند که جهت افزایش تعداد ورودی‌ها/خروجی‌های دیجیتال و آنالوگ، افزودن پورت‌های ارتباطی صنعتی (مانند RS485، RS232، PROFIBUS و AS-Interface)، و اتصال سنسورهای تخصصی (مانند ترموکوپل و RTD) به سی‌پیوهای سری S7-1200 متصل می‌شوند. این کارت‌ها به مهندسان اتوماسیون اجازه می‌دهند بدون نیاز به ارتقای کلی CPU، ظرفیت کنترلی سیستم را متناسب با نیاز پروژه گسترش دهند. کارت‌های توسعه S7-1200 به چهار دسته کلی شامل کارت‌های سیگنال (SM)، سیگنال بوردها (SB/CB/BB)، ماژول‌های ارتباطی (CM/CP) و ماژول‌های منبع تغذیه (PM) تقسیم می‌شوند.

در پروژه‌های صنعتی، هنگام بهینه‌سازی یا ساخت تابلوهای برق، آگاهی دقیق از نحوه انتخاب و پیکربندی PLC S7-1200 و کارت‌های توسعه آن اهمیت بسیار بالایی دارد. در این مقاله ساختار تخصصی، مشخصات فنی، محدودیت‌های نصب و نحوه سیم‌بندی انواع ماژول های S7 1200 به طور کامل بررسی شده است.

معماری ساختاری و چیدمان ماژول های S7 1200 روی ریل DIN

ساختار فیزیکی PLC S7-1200 زیمنس به گونه‌ای طراحی شده است که حداکثر انعطاف‌پذیری را با حداقل اشغال فضای تابلوی برق ارائه دهد. نحوه چیدمان تجهیزات جانبی و کارت‌ها بر روی ریل استاندارد DIN به شکل زیر است:

• سمت چپ CPU (ماژول‌های ارتباطی CM/CP): حداکثر تا ۳ ماژول ارتباطی برای پشتیبانی از پروتکل‌های مختلف نظیر Modbus RTU، PROFIBUS یا GPRS در سمت چپ پردازنده اصلی قرار می‌گیرند.
• روی بدنه CPU (سیگنال بورد SB/CB/BB): یک عدد کارت کوچک بدون نیاز به افزایش عرض فیزیکی روی قسمت جلویی پردازنده سوار می‌شود.
• سمت راست CPU (کارت‌های سیگنال SM): ماژول‌های ورودی و خروجی اصلی (دیجیتال و آنالوگ) در سمت راست پردازنده نصب می‌شوند. بسته به مدل CPU، امکان اتصال حداکثر ۸ کارت SM وجود دارد.

انواع ماژول های S7 1200 زیمنس

برای پیاده‌سازی پروژه‌های اتوماسیون صنعتی، زیمنس تنوع گسترده‌ای از ماژول های S7 1200 را روانه بازار کرده است. هر یک از این ماژول‌ها وظیفه مشخصی در فرایند دریافت داده، پردازش یا صدور فرمان بر عهده دارند.

۱. کارت‌های سیگنال یا Signal Modules (SM)

کارت‌های سیگنال (SM) پرکاربردترین ماژول های S7 1200 هستند که جهت افزایش نقاط ورودی و خروجی در سمت راست CPU نصب می‌شوند. این کارت‌ها در ۶ دسته‌بندی کلی عرضه می‌شوند:

کارت‌های ورودی دیجیتال (SM 1221 DI)

این ماژول‌ها برای دریافت سیگنال‌های قطع و وصل (صفر و یک) از تجهیزاتی مانند میکروسوئیچ‌ها، سنسورهای القایی، فتوالکتریک و کلیدهای فرمان استفاده می‌شوند. استاندارد ولتاژ کاری این کارت‌ها معمولاً 24V DC است.

کارت‌های خروجی دیجیتال (SM 1222 DO)

از کارت‌های خروجی دیجیتال برای ارسال فرمان به عملگرهایی نظیر کنتاکتورها، شیرهای برقی، لامپ‌های سیگنال و ورودی‌های دیجیتال درایو استفاده می‌شود. این کارت‌ها در دو نوع ترانزیستوری (Transistor Output – 24V DC) برای کلیدزنی سریع (مانند مدولاسیون PWM) و رله‌ای (Relay Output – 30V DC / 250V AC) برای جریان‌های بالاتر ارائه می‌شوند.

کارت‌های ترکیبی ورودی/خروجی دیجیتال (SM 1223 DI/DO)

این ماژول‌ها ورودی و خروجی دیجیتال را به صورت هم‌زمان روی یک کارت ارائه می‌دهند و گزینه‌ای کاملاً مقرون‌به‌صرفه برای پروژه‌هایی هستند که نیاز به تعداد محدودی پایه اضافی دارند.

کارت‌های ورودی آنالوگ (SM 1231 AI)

برای دریافت سیگنال‌های پیوسته مانند ولتاژ (0-10V) و جریان (4-20mA یا 0-20mA) از سنسورهای فشار، دبی، سطح و وزن از کارت‌های AI استفاده می‌شود. این سری شامل کارت‌های اختصاصی زیر نیز می‌باشد:

• کارت‌های RTD (SM 1231 RTD): جهت اتصال مستقیم سنسورهای مقاوتی دما مانند Pt100، Pt1000 و Ni1000 با دقت بالا.
• کارت‌های ترموکوپل (SM 1231 TC): جهت اتصال مستقیم انواع ترموکوپل‌های صنعتی (J, K, T, E, R, S, N).

کارت‌های خروجی آنالوگ (SM 1232 AO)

جهت ارسال سیگنال‌های آنالوگ ولتاژی یا جریانی به تجهیزاتی نظیر شیرهای تناسبی (Proportional Valves)، اینورترها (VFD) و کنترل‌کننده‌های توان استفاده می‌شوند.

کارت‌های ترکیبی آنالوگ (SM 1234 AI/AO)

ترکیب ورودی و خروجی آنالوگ روی یک ماژول مجزا که سبب کاهش هزینه‌ها و صرفه‌جویی در فضای تابلو می‌شود.

۲. سیگنال بوردها و بورد بردها (Signal Boards / Board Modules – SB/CB/BB)

سیگنال بوردها کارت‌های بسیار فشرده‌ای هستند که مستقیماً روی بخش جلویی (Faceplate) CPU S7-1200 قرار می‌گیرند. استفاده از SB عرض فیزیکی PLC را افزایش نمی‌دهد که این امر در تابلوهای کوچک یک مزیت کلیدی است. انواع سیگنال بورد عبارتند از:

• ورودی/خروجی دیجیتال (SB 1221, SB 1222, SB 1223): اضافه کردن ۱ تا ۴ نقطه دیجیتال.
• ورودی/خروجی آنالوگ (SB 1231, SB 1232): اضافه کردن ۱ کانال آنالوگ ولتاژی/جریانی یا RTD/TC.
• بورد ارتباطی (CB 1241): افزودن یک پورت ارتباطی شبکه RS485 بدون اشغال فضای سمت چپ.
• بورد باتری (BB 1297): برای نگه داشتن ساعت واقعی سیستم (RTC) در مدت‌زمان طولانی قطعی برق. محصول 6ES7297-0AX30-0XA0 نمونه‌ای از کارت‌های باتری زیمنس برای پشتیبانی زمان‌بندی دقیق است.

۳. ماژول‌های ارتباطی (Communication Modules – CM/CP)

ماژول‌های ارتباطی که در سمت چپ پردازنده نصب می‌شوند، توانایی پیوستن S7-1200 به شبکه‌های مختلف صنعتی را فراهم می‌سازند:

• CM 1241 (RS232 / RS485): جهت برقراری ارتباط تحت پروتکل Modbus RTU، شبکه Point-to-Point (PtP) و اتصال به بارکدخوان‌ها، ترازوها و اینورترها.
• CM 1243-5 (PROFIBUS DP Master) و CM 1242-5 (PROFIBUS DP Slave): برای یکپارچه‌سازی S7-1200 در شبکه‌های پرسرعت PROFIBUS.
• CSM 1277: سوئیچ اتصالات صنعتی ۴ پورت غیرمدیریتی برای شبکه PROFINET/Ethernet.
• CP 1243-1 / CP 1242-7: پردازنده‌های ارتباطی امنیتی و Telecontrol برای بستر کنترل از راه دور GPRS/LTE و پروتکل‌های DNP3 یا IEC 60870-5-104.

۴. ماژول‌های منبع تغذیه (Power Modules – PM) و ماژول‌های تکنولوژی (TM)

ماژول تغذیه PM 1207 ولتاژ ورودی 120/230 V AC را به ولتاژ پایدار 24 V DC با جریان 2.5 آمپر تبدیل می‌کند تا برق مصرفی CPU و ماژول‌های جانبی تامین شود.

ماژول‌های تکنولوژی (TM) مانند TM Count 1x24V یا TM PosInput 1 برای شمارش فرکانس بالا (High-Speed Counting) و اتصال انکودرهای absolute یا incremental استاندارد کاربرد دارند.

جدول مقایسه قابلیت توسعه انواع CPU های S7-1200 زیمنس

میزان توسعه‌پذیری تجهیزات کاملاً به مدل پردازنده انتخابی بستگی دارد. جدول زیر محدودیت‌های اتصال ماژول های S7 1200 را برای هر CPU نشان می‌دهد:

مدل CPU	حداکثر کارت سیگنال (SM)	حداکثر سیگنال بورد (SB)	حداکثر ماژول ارتباطی (CM)	نمونه کد محصول (Order Code)
CPU 1211C	۰ کارت (غیرقابل توسعه از سمت راست)	۱ عدد	۳ عدد	6ES7211-1BE40-0XB0
CPU 1212C	۲ کارت	۱ عدد	۳ عدد	6ES7212-1BE40-0XB0 / 6ES7212-1HE40-0XB0
CPU 1214C	۸ کارت	۱ عدد	۳ عدد	6ES7214-1BG40-0XB0
CPU 1215C	۸ کارت	۱ عدد	۳ عدد	6ES7215-1BG40-0XB0 / 6ES7215-1HG40-0XB0
CPU 1217C	۸ کارت	۱ عدد	۳ عدد	کد اختصاصی CPU 1217C DC/DC/DC

اگر برای اجرای پروژه اتوماسیون خود قصد خرید PLC S7-1200 را دارید، باید پیش از انتخاب CPU، تعداد ورودی/خروجی‌های کل پروژه را محاسبه کنید تا با محدودیت تعداد کارت‌های SM مواجه نشوید.

طراحی سیستم و محاسبات توان گذرگاه (Backplane Bus Power Budget)

یکی از نکات فوق‌العاده حیاتی در طراحی سیستم اتوماسیون صنعتی با ماژول های S7 1200، توجه به جریان گذرگاه داخلی (5V DC Backplane Current) است. گذرگاه پشت CPU توان مصرفی مدارات داخلی ماژول‌های SM متصل در سمت راست را تامین می‌کند.

هر پردازنده مقدار مشخصی جریان 5V DC (مثلاً حدود ۱۰۰۰ میلی‌آمپر تا ۱۶۰۰ میلی‌آمپر) روی گذرگاه ارائه می‌دهد. هر کارت SM که متصل می‌شود، مقدار معینی از این جریان را مصرف می‌کند. در صورتی که مجموع جریان مصرفی کارت‌های SM از توان نامی گذرگاه CPU فراتر رود، باید از پردازنده بالاتر یا ترکیب‌های بهینه‌تر کارت‌ها استفاده کنید.

جدول کدهای سفارش (MLFB) پرکاربردترین ماژول های S7 1200

شناخت دقیق کدهای تجاری زیمنس (MLFB) جهت سفارش دقیق قطعات ضروری است. در جدول زیر پرکاربردترین کارت‌های توسعه به همراه مشخصات کلیدی معرفی شده‌اند:

نام ماژول	نوع کاربری	تعداد کانال / مشخصات فنی	کد سفارش زیمنس (Order Code)
SM 1221 DI 8x24VDC	ورودی دیجیتال	8 ورودی 24V DC	6ES7221-1BF32-0XB0
SM 1221 DI 16x24VDC	ورودی دیجیتال	16 ورودی 24V DC	6ES7221-1BH32-0XB0
SM 1222 DO 8xRelay	خروجی دیجیتال	8 خروجی رله‌ای 2A	6ES7222-1HF32-0XB0
SM 1222 DO 16xTransistor	خروجی دیجیتال	16 خروجی ترانزیستوری 0.5A	6ES7222-1BH32-0XB0
SM 1223 DI 8/DO 8xRelay	ترکیبی دیجیتال	8 ورودی 24V DC / 8 خروجی رله‌ای	6ES7223-1PH32-0XB0
SM 1223 DI 16/DO 16xTransistor	ترکیبی دیجیتال	16 ورودی 24V DC / 16 خروجی ترانزیستوری	6ES7223-1BL32-0XB0
SM 1231 AI 4x13bit	ورودی آنالوگ	4 ورودی ولتاژی/جریانی (13 بیتی)	6ES7231-4HD32-0XB0
SM 1231 AI 8x13bit	ورودی آنالوگ	8 ورودی ولتاژی/جریانی (13 بیتی)	6ES7231-4HF32-0XB0
SM 1231 AI 4xRTD	ورودی دما (RTD)	4 کانال اتصال سنسورهای مقاوتی Pt100/Pt1000	6ES7231-5PD32-0XB0
SM 1231 AI 4xThermocouple	ورودی دما (ترموکوپل)	4 کانال اتصال ترموکوپل	6ES7231-5QD32-0XB0
SM 1232 AO 4x14bit	خروجی آنالوگ	4 خروجی ولتاژی/جریانی (14 بیتی)	6ES7232-4HD32-0XB0
SM 1234 AI 4/AO 2	ترکیبی آنالوگ	4 ورودی آنالوگ / 2 خروجی آنالوگ	6ES7234-4HE32-0XB0
CM 1241 RS485	ماژول ارتباطی	پورت RS422/RS485 با پشتیبانی Modbus	6ES7241-1CH32-0XB0
CSM 1277	سوئیچ شبکه	4 پورت اترنت RJ45	6GK7277-1AA10-0AA0

مراحل نصب، سیم‌بندی و الزامات ایمنی کارت‌های توسعه S7-1200

رعایت استانداردهای سیم‌بندی و سخت‌افزاری، طول عمر تجهیزات را تضمین کرده و از بروز نویزهای شدید صنعتی جلوگیری می‌کند. هنگام نصب ماژول های S7 1200 رعایت دستورالعمل‌های زیر ضروری است:

1. قطع کامل تغذیه برق (عدم پشتیبانی از Hot Swapping): سیستم S7-1200 از قابلیت تعویض کارت تحت ولتاژ (Hot Swapping) پشتیبانی نمی‌کند. هرگونه اتصال یا جداسازی کارت‌ها باید در زمان خاموش بودن کامل منبع تغذیه انجام شود.
2. استفاده از شیلد و زمین کردن (Shielding & Grounding): سیم‌های سیگنال‌های آنالوگ (به‌ویژه RTD و ترموکوپل) باید حتماً از نوع کابل شیلدداری باشند که شیلد آن‌ها در خروجی تابلو به شینه زمین (PE) متصل شده است.
3. جداسازی مسیر کابل‌کشی: کابل‌های ورودی/خروجی آنالوگ و شبکه ارتباطی را هرگز از کنار کابل‌های قدرت ۲۲۰ ولت یا ۳۸۰ ولت اینورتر و موتور عبور ندهید. حداقل فاصله ۲۰ سانتی‌متری بین کابل‌های سیگنال و قدرت الزام‌آور است.
4. بررسی ترمینال بلاک‌های متحرک: کارت‌های SM دارای ترمینال‌های جداشونده هستند که عیب‌یابی و تعویض قطعه در صورت خرابی را بسیار آسان می‌سازند.

پیکربندی ماژول‌های S7-1200 در محیط TIA Portal

پس از اتصال فیزیکی سخت‌افزار، کارت‌های توسعه باید در محیط نرم‌افزار TIA Portal تعریف و پیکربندی شوند. فرایند شناسایی ماژول‌ها به دو روش انجام می‌پذیرد:

• پیکربندی دستی (Hardware Catalog): انتخاب مدل exact ماژول از کاتالوگ سخت‌افزاری سمت راست نرم‌افزار و درج آن در کانفیگ Hardware.
• شناسایی خودکار (Hardware Detection): اتصال آنلاین به PLC و استفاده از گزینه Detect جهت خواندن خودکار کدهای MLFB تمام ماژول‌های متصل‌شده به ریل.

در تنظیمات هر کارت می‌توانید پارامترهایی مانند زمان فیلتر ورودی‌های دیجیتال (Input Filter)، نوع سیگنال آنالوگ (ولتاژی ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر یا ۰ تا ۱۰ ولت)، فعال‌سازی تشخیص قطعی سیم (Wire Break Detection) و محدوده آدرس‌دهی حافظه (I/O Addressing) را تنظیم کنید.

راهنمای گام‌به‌گام انتخاب مناسب‌ترین ماژول برای پروژه اتوماسیون

جهت انتخاب بهینه و مقرون‌به‌صرفه ماژول های S7 1200، مراحل چک‌لیست زیر را دنبال کنید:

• گام اول: شمارش دقیق ورودی‌ها و خروجی‌ها؛ تعداد دقیق سنسورها و عملگرهای دیجیتال و آنالوگ را تعیین کنید.
• گام دوم: نوع سیگنال‌ها را مشخص کنید؛ آیا خروجی‌های دیجیتال به کلیدزنی فرکانس بالا نیاز دارند (انتخاب ترانزیستور) یا به بار ولتاژ بالا متصل می‌شوند (انتخاب رله)؟
• گام سوم: تحلیل دقیق سنسورهای دما؛ آیا امکان استفاده از ترانسمیتر 4-20mA وجود دارد یا باید کارت‌های مستقیم RTD/TC خریداری شوند؟
• گام چهارم: محاسبه فضای تابلو؛ در صورت محدودیت شدید فضا، ابتدا از Signal Board روی خود CPU استفاده کنید.
• گام پنجم: بررسی توان گذرگاه (Backplane Bus)؛ توان مصرفی ۵ ولت تمام کارت‌ها را با خروجی CPU تطبیق دهید.

تفاوت توسعه در S7-1200 با سری‌های S7-300 و S7-1500

سیستم توسعه S7-1200 به گونه‌ای طراحی شده که برای پروژه‌های متوسط و کوچک ایده‌آل است. اما در مقایسه با سیستم‌های پیچیده‌تر صنعت نکات زیر قابل توجه است:

در صورتی که پروژه شما نیاز به تعداد بسیار بالای ورودی/خروجی (بیش از چند صد نقطه) دارد، بررسی مقالات تخصصی تفاوت PLC S7-1200 و S7-1500 یا تفاوت‌ها و مزایای PLC زیمنس S7-300 و S7-1200 می‌تواند به شما در انتخاب دقیق‌تر بین معماری‌های مختلف زیمنس کمک کند. علاوه بر این، در سیستم‌های رده بالا امکان تعویض کارت بدون قطع برق وجود دارد، در حالی که در S7-1200 این قابلیت پیاده‌سازی نشده است.

نتیجه‌گیری و مشاوره فنی انتخاب کارت‌های توسعه S7-1200

ماژول های S7 1200 زیمنس با ارائه تنوع کامل در کارت‌های سیگنال، سیگنال بوردها و کارت‌های شبکه، بستری هوشمندانه و منعطف را برای توسعه سیستم‌های اتوماسیون صنعتی ایجاد کرده‌اند. انتخاب صحیح ماژول‌ها بر اساس جریان گذرگاه داخلی، دقت اندازه گیری آنالوگ، و الگوی سیم‌بندی، علاوه بر افزایش پایداری فرایند صنعتی، هزینه‌های نهایی پروژه را کاهش می‌دهد.

کارشناسان تخصصی اتوماسیون صنعتی تامین صنعت آماده ارائه مشاوره فنی در زمینه تحلیل نقشه‌ها، انتخاب پارت‌نامبرهای دقیق زیمنس و استعلام مشخصات فنی تجهیزات به شما مهندسان و صنعتگران گرامی هستند.

سوالات متداول

آیا ماژول‌های S7-1200 از قابلیت Hot-Swapping (تعویض کارت تحت ولتاژ) پشتیبانی می‌کنند؟

خیر، سری S7-1200 زیمنس از قابلیت تعویض کارت تحت ولتاژ پشتیبانی نمی‌کند. برای اتصال یا جدا کردن هرگونه ماژول توسعه (SM، CM یا SB)، تغذیه اصلی برق سیستم باید به طور کامل قطع باشد.

حداکثر چند ماژول سیگنال (SM) می‌توان به یک CPU S7-1200 متصل کرد؟

بستگی به مدل پردازنده دارد؛ CPU 1211C قابلیت اتصال کارت SM ندارد، CPU 1212C حداکثر از ۲ کارت SM و مدل‌های CPU 1214C، 1215C و 1217C حداکثر از ۸ کارت سیگنال SM پشتیبانی می‌کنند.

تفاوت اصلی بین Signal Module (SM) و Signal Board (SB) چیست؟

کارت‌های Signal Module (SM) در سمت راست CPU نصب می‌شوند و عرض ابعادی PLC را افزایش می‌دهند (دارای کانال‌های بیشتری هستند). اما Signal Board (SB) یک کارت کوچک است که روی بدنه جلویی CPU قرار گرفته و هیچ فضای اضافی در تابلو برق اشغال نمی‌کند.

چگونه توان گذرگاه (Backplane Power) ماژول های S7 1200 را محاسبه کنیم؟

هر CPU میزان معینی جریان 5V DC روی گذرگاه ارائه می‌دهد (مثلاً ۱۰۰۰mA). مجموع جریان 5V DC مصرفی تمامی کارت‌های SM متصل در سمت راست CPU نباید از این حد مجاز تجاوز کند. اطلاعات مصرف جریان هر کارت در کاتالوگ فنی زیمنس درج شده است.

برای اتصال PLC S7-1200 به شبکه PROFIBUS به چه ماژولی نیاز است؟

جهت قرارگیری S7-1200 به عنوان Master شبکه PROFIBUS به ماژول CM 1243-5 و برای قرارگیری به عنوان Slave به ماژول CM 1242-5 نیاز است که در سمت چپ پردازنده نصب می‌شوند.

برای اتصال سنسورهای Pt100 یا ترموکوپل کدام ماژول S7-1200 مناسب است؟

برای سنسورهای مقاوتی دما مانند Pt100 یا Pt1000 باید از کارت‌های SM 1231 RTD و برای اتصال ترموکوپل‌ها باید از کارت‌های SM 1231 TC استفاده کرد.

مارا در شبکه های اجتماعی و مرورگرها دنبال بفرمایید.