خلاصه مطالب

سامانه STEP7 یکی از مهم‌ترین محیط‌های برنامه‌نویسی و پیکربندی PLCهای زیمنس است؛ ابزاری که در بسیاری از کارخانه‌ها، خطوط تولید، سیستم‌های توزیع انرژی، پست‌های برق و فرایندهای صنعتی نقش اصلی را دارد. دو جلد کتاب «راهنمای جامع STEP7» معمولاً به‌عنوان مرجع آموزشی کامل ارائه می‌شوند: جلد اول برای آموزش مبانی و کار با نرم‌افزار، و جلد دوم برای ورود به مباحث پیشرفته‌تر مانند SCL، Graph، افزونگی و سیستم‌های ایمن.

۱. آشنایی با PLC زیمنس و جایگاه STEP7

در جلد اول کتاب، ابتدا مفهوم PLC به‌عنوان هسته کنترل یک سیستم صنعتی معرفی می‌شود. PLC مانند مغز یک خط تولید است: ورودی‌ها (مثل سنسورها، کلیدها و سیگنال‌های کنترلی) را دریافت می‌کند، منطق برنامه‌ریزی‌شده را اجرا می‌کند، و خروجی‌ها (مثل موتورها، شیرهای برقی، عملگرها) را کنترل می‌کند.

PLCهای زیمنس خانواده‌های مختلفی دارند؛ از جمله S7-300، S7-400، S7-1200 و S7-1500. در این کتاب تمرکز اصلی روی S7-300 و S7-400 است، چون این دو خانواده سال‌ها ستون اصلی اتوماسیون صنعتی زیمنس بوده‌اند.

STEP7 نرم‌افزاری است که پیکربندی سخت‌افزار، ارتباطات، برنامه‌نویسی و مدیریت پروژه PLC را انجام می‌دهد. محیط اصلی STEP7، یعنی SIMATIC Manager، نقطه شروع کاربر برای ساخت پروژه، تعریف Rack، افزودن ماژول‌ها و نوشتن برنامه است.

۲. ساختار PLC و آشنایی با سخت‌افزار

در ادامه جلد اول، مفاهیم پایه سخت‌افزار زیمنس معرفی می‌شود:

CPU (واحد پردازش مرکزی)

تمام تصمیم‌گیری‌ها و اجرای منطق در CPU انجام می‌شود. CPUها بسته به نوع پروژه ویژگی‌های مختلفی دارند:

• ظرفیت حافظه متفاوت

• تعداد پورت‌های ارتباطی

• زمان پردازش

• پشتیبانی از شبکه‌هایی مثل پروفی‌باس یا پروفینت

ماژول‌های ورودی/خروجی (I/O)

این ماژول‌ها رابط بین دنیای واقعی و PLC هستند و انواع دیجیتال و آنالوگ دارند. کتاب به‌صورت ساده تفاوت این دو را توضیح می‌دهد:

• دیجیتال: خاموش/روشن، ۰ یا ۱

• آنالوگ: ولتاژ/جریان پیوسته مثل ۴–۲۰mA یا ۰–۱۰V

Rack و اسلات‌ها

نحوه قرارگیری ماژول‌ها داخل رک و ترتیب اسلات‌ها برای پیکربندی در STEP7 اهمیت زیادی دارد. کتاب آموزش می‌دهد چطور به‌صورت صحیح این چینش را در نرم‌افزار تعریف کنیم.

۳. آشنایی با محیط نرم‌افزار STEP7

کار با محیط SIMATIC Manager یکی از بخش‌های اصلی جلد اول است. به‌طور خلاصه:

• ایجاد پروژه جدید

• افزودن Station و مدل CPU

• افزودن ماژول‌ها در Hardware Configuration

• دانلود برنامه و تنظیمات روی PLC

• مانیتورکردن و مشاهده آنلاین وضعیت ورودی/خروجی‌ها

در این بخش معمولاً تصاویر و مثال‌های زیادی وجود دارند تا کاربر با محیط برنامه‌نویسی راحت‌تر آشنا شود.

۴. زبان‌های برنامه‌نویسی در STEP7 (جلد اول)

سه زبان پایه در STEP7 معرفی و با مثال توضیح داده می‌شوند:

۱) LAD یا Ladder Diagram

شبیه نقشه‌های کنترلی کنتاکتور و رله است و برای تکنسین‌هایی که تجربه برق صنعتی دارند بسیار ساده‌تر از سایر زبان‌هاست. برای کنترل‌های ساده و منطقی بهترین گزینه است.

۲) FBD یا Function Block Diagram

یک زبان بلوک‌گرافی است که برای نمایش روابط منطقی پیچیده‌تر و سیستماتیک مناسب است. معمولاً مهندسان کنترل علاقه بیشتری به این زبان دارند.

۳) STL (یا AWL)

زبان متنی و خطی STEP7 است که قدرت و انعطاف بیشتری دارد. هرچند یادگیری آن کمی سخت‌تر است، اما در پروژه‌های جدی‌تر کاربرد مهمی دارد.

کتاب مثال‌های زیادی برای هریک از زبان‌ها ارائه می‌دهد و مزایا و معایب هریک را توضیح می‌دهد.

۵. ساختار برنامه در PLC زیمنس

PLCهای زیمنس ساختار بلوکی دارند. در بخشی از کتاب بلوک‌های مختلف معرفی می‌شوند:

OB (Organization Block)

بلوک‌های اصلی اجرای برنامه. OB1 مهم‌ترین آنهاست و حلقه برنامه معمولاً از آن شروع می‌شود.

FC (Function)

توابعی که بدون حافظه داخلی هستند. برای تقسیم‌بندی منطقی برنامه استفاده می‌شوند.

FB (Function Block)

توابع دارای حافظه؛ برای کارهایی مثل کنترل PID، مدیریت تایمرها یا نمونه‌برداری مناسب هستند.

DB (Data Block)

بلوک‌های داده که برای ذخیره اطلاعات برنامه استفاده می‌شوند.

ترتیب فراخوانی، شیوه ایجاد، و نحوه به‌کارگیری این بلوک‌ها بخش قابل‌توجهی از جلد اول را تشکیل می‌دهد.

جلد دوم — ورود به مباحث حرفه‌ای و پیشرفته

جلد دوم کتاب معمولاً وارد موضوعاتی می‌شود که در پروژه‌های واقعی کاربرد عمیق‌تری دارند.

۱. آشنایی با SCL — زبان سطح بالای STEP7

SCL مخفف Structured Control Language است؛ زبانی شبیه پاسکال و نزدیک به زبان‌های برنامه‌نویسی متنی. این زبان وقتی لازم است ساختارهای پیچیده شرطی، حلقه‌ها، پردازش داده، ریاضیات صنعتی یا الگوریتم‌های خاص اجرا شوند، انتخاب اول مهندسان PLC است.

مزیت‌های SCL:

• مناسب پروژه‌های بزرگ

• نوشتن الگوریتم‌های پیچیده با دقت بیشتر

• خوانایی بالاتر نسبت به STL

• استفاده از ساختارهای برنامه‌نویسی مدرن مانند IF، CASE و FOR

کتاب با مثال‌های متعدد، نحوۀ نوشتن کد، کامپایل و عیب‌یابی آن را توضیح می‌دهد.

۲. برنامه‌نویسی گرافیکی با S7-Graph

S7-Graph برای پیاده‌سازی سیستم‌های مرحله‌ای (Sequential Control) استفاده می‌شود؛ مثل ماشین‌های بسته‌بندی، پرس‌ها، ماشین CNC، و هر سیستم دیگری که باید قدم‌به‌قدم کار کند.

مفاهیم اصلی در Graph:

• Step (مرحله)

• Transition (شرط عبور)

• Action (عمل در هر مرحله)

کتاب با مثالی از یک سیستم عملیاتی چندمرحله‌ای نشان می‌دهد که چگونه می‌توان یک فرایند واقعی را به مجموعه‌ای از مراحل تبدیل کرد.

۳. افزونگی (Redundancy) — نرم‌افزاری و سخت‌افزاری

در پروژه‌های حساس مثل پست‌های برق، پالایشگاه‌ها یا کارخانه‌های بزرگ، قطع شدن PLC می‌تواند موجب خسارت زیاد شود. زیمنس برای این موضوع راهکارهای افزونگی ارائه می‌دهد.

دو نوع افزونگی مطرح می‌شود:

۱) افزونگی سخت‌افزاری

که شامل دو CPU همزمان، شبکه‌های Redundant و ماژول‌های دوگانه است.

۲) افزونگی نرم‌افزاری

مثل اجرای موازی توابع یا مسیرهای منطقی مقاوم در برابر خطا.

جلد دوم این مفاهیم را ساده و عملی توضیح می‌دهد تا قابل پیاده‌سازی در محیط صنعتی باشد.

۴. سیستم‌های ایمن و مقاوم در برابر خطا (Fault-Tolerant / Fail-safe)

در پروژه‌هایی که ایمنی انسان مهم است (مثل آسانسورها، روبات‌ها، پرس‌های صنعتی)، PLCهایی نیاز است که بتوانند به‌صورت ایمن متوقف شوند. این بخش از کتاب درباره:

• سیگنال‌های ایمن

• ماژول‌های Fail-safe

• منطق ایمن (مثل Safety Blocks)

• نحوه پیکربندی سیستم‌های استاندارد SIL

صحبت می‌کند.

۵. ضمائم و ابزارهای تکمیلی

در پایان جلد دوم چند ضمیمه کاربردی اضافه شده است:

• مثال‌هایی برای CPUهای Compact

• آموزش تبدیل برنامه‌های S5 به S7

• روش ایجاد سورس‌های STL به‌صورت خودکار

این بخش‌ها برای افرادی که روی پروژه‌های قدیمی و سیستم‌های ارتقایافته کار می‌کنند بسیار کاربردی هستند.

جمع‌بندی کلی دو جلد

این دو جلد یک مسیر کامل یادگیری را ارائه می‌دهند:

جلد اول:

• آشنایی با PLC و سیستم‌های زیمنس

• پیکربندی سخت‌افزار

• زبان‌های LAD، FBD، STL

• ساختار بلوکی و مدیریت پروژه

• اصول برنامه‌نویسی پایه

جلد دوم:

• برنامه‌نویسی پیشرفته با SCL

• طراحی نمودارهای مرحله‌ای با Graph

• افزونگی نرم‌افزاری و سخت‌افزاری

• سیستم‌های ایمن و Fail-safe

• نکات حرفه‌ای و ضمیمه‌های تخصصی

به‌طور خلاصه، جلد اول برای شروع و ورود مناسب است و جلد دوم برای حرفه‌ای‌شدن و پروژه‌های سطح بالا.