کارت های آنالوگ ورودی (AI)

در این مقاله شرکت زیمنس در ایران می‌خواهیم به کارت های آنالوگ ورودی (AI) بپردازیم. همچنین دقت و حد تفکیک این کارت‌ها، انواع کار‌ت‌های آنالوگ ورودی (AI) و کدهای کارت AI توضیح داده‌ایم.

کارت ورودی آنالوگ زیمنس چیست؟

کارت‌ه ای ورودی آنالوگ زیمنس، دروازه‌ای برای ورود اطلاعات دنیای واقعی به دنیای دیجیتالِ پی‌ال‌سی‌ها هستند. این کارت‌ها سیگنال‌های آنالوگ ولتاژ و جریان را از سنسورها، ترانسمیترها و سایر تجهیزات دریافت کرده و آن‌ها را به مقادیر دیجیتال تبدیل می‌کنند تا توسط پی‌ال‌سی پردازش شوند.

تاریخچه کارت‌های ورودی آنالوگ زیمنس به دهه ۱۹۷۰ میلادی بازمی‌گردد. در آن زمان، زیمنس اولین سری از کارت‌های ورودی آنالوگ را برای پی‌ال‌سی‌های سری Simatic S5 معرفی کرد. این کارت‌ها از نوع ولتاژ و جریان بودند و تعداد کانال‌های ورودی محدودی داشتند. در دهه ۱۹۸۰، زیمنس سری جدید Simatic S7 را با کارت‌های ورودی آنالوگ پیشرفته‌تر از نظر دقت، سرعت و تعداد کانال معرفی کرد.

امروزه، زیمنس طیف گسترده‌ای از کارت‌های ورودی آنالوگ را برای انواع PLC خود ارائه می‌دهد. این کارت‌ها از نظر دقت، سرعت، قابلیت برنامه‌ریزی، تنوع، تشخیص خطا، قابلیت ارتباطی و قیمت، تنوع بسیار بالایی دارند.

مزایای استفاده از کارت ورودی آنالوگ زیمنس

کارت‌های ورودی آنالوگ زیمنس دارای مزایای متعددی هستند که استفاده از آن‌ها را در صنایع مختلف توجیه می‌کند:

1.  دقت بالا:
   این کارت‌ها با دقت بسیار زیاد، سیگنال‌های آنالوگ را اندازه‌گیری می‌کنند. این ویژگی در کاربردهایی مانند کنترل فرآیند، مانیتورینگ و جمع‌آوری داده بسیار حیاتی است.
2.  قابلیت اطمینان بالا:
   کارت‌های زیمنس از کیفیت ساخت بالایی برخوردارند و در شرایط سخت صنعتی عملکردی پایدار دارند.
3.  تنوع بالا:
   زیمنس مدل‌های متنوعی از کارت‌های ورودی آنالوگ با ویژگی‌های مختلف ارائه می‌دهد تا برای هر کاربردی گزینه مناسب وجود داشته باشد.
4. نرم‌افزار قدرتمند:
   نرم‌افزارهای مخصوص زیمنس برای پیکربندی، برنامه‌ریزی و عیب‌یابی کارت‌های ورودی آنالوگ طراحی شده‌اند و استفاده از این کارت‌ها را بسیار آسان می‌کنند.
5. سایر مزایا: قابلیت اتصال به انواع سنسورها و تجهیزات مانند ترانسمیترها، دماسنج‌ها، فشارسنج‌ها و …

• امکان نصب آسان بر روی ریل DIN
• قیمت مناسب نسبت به کیفیت و کارایی

انواع کارت‌های ورودی آنالوگ زیمنس

کارت‌های ورودی آنالوگ زیمنس، بسته به نوع سیگنال، تعداد کانال، وضوح (رزولوشن) و کاربرد صنعتی، در مدل‌ها و سری‌های متنوعی تولید می‌شوند. هر یک از این کارت‌ها برای نیازهای خاصی طراحی شده‌اند تا بتوانند بهترین عملکرد را در محیط‌های صنعتی مختلف ارائه دهند.

۱. بر اساس نوع سیگنال ورودی

سیگنال‌های آنالوگ معمولاً در دو نوع ولتاژی (Voltage) و جریانی (Current) ارائه می‌شوند. انتخاب نوع کارت بستگی به نوع سنسور یا ترانسمیتر متصل به PLC دارد.

کارت ورودی ولتاژ (Voltage Input)

• این نوع کارت برای دریافت سیگنال‌های آنالوگ بر پایه ولتاژ طراحی شده است.
• محدوده سیگنال معمولاً در بازه‌هایی مانند 0 تا 10 ولت، -10 تا +10 ولت یا 1 تا 5 ولت است.
• از این کارت‌ها معمولاً در سیستم‌هایی استفاده می‌شود که نویز الکتریکی پایین و فاصله بین سنسور و PLC کوتاه باشد.

کاربردها:

• اندازه‌گیری دما با ترموکوپل‌ها و مبدل‌های ولتاژی
• اندازه‌گیری موقعیت و زاویه
• سنجش ولتاژ خروجی مبدل‌ها

کارت ورودی جریان (Current Input)

• این کارت‌ها برای دریافت سیگنال‌های جریان طراحی شده‌اند، معمولاً در محدوده‌های 0 تا 20 میلی‌آمپر یا 4 تا 20 میلی‌آمپر.
• سیگنال‌های جریانی به دلیل مقاومت کمتر در برابر نویز الکتریکی و افت کمتر در مسیر طولانی، برای انتقال داده در فواصل زیاد ایده‌آل هستند.
• این نوع سیگنال استاندارد در بیشتر ترانسمیترهای صنعتی مانند فشار، سطح، دما و دبی است.

کاربردها:

• اندازه‌گیری جریان، فشار و سطح در فرآیندهای صنعتی
• کنترل تجهیزات در فواصل طولانی
• استفاده در سیستم‌های دارای نویز بالا

۲. بر اساس تعداد کانال‌های ورودی

هر کارت آنالوگ دارای تعدادی کانال (Channel) است که هر کدام ورودی جداگانه‌ای برای دریافت یک سیگنال محسوب می‌شود.

 کارت‌های تک کانال (Single Channel)

• فقط یک ورودی آنالوگ دارند.
• معمولاً در آزمایشگاه‌ها، سیستم‌های تحقیقاتی و کاربردهای دقیق که فقط یک سیگنال باید با بالاترین دقت اندازه‌گیری شود، استفاده می‌شوند.
• مزایا: دقت بسیار بالا، حداقل تداخل بین کانال‌ها، مناسب برای کاربردهای خاص.

 کارت‌های چند کانال (Multi Channel)

• دارای چند ورودی آنالوگ هستند (معمولاً ۴، ۸ یا ۱۶ کانال).
• امکان دریافت هم‌زمان چندین سیگنال را فراهم می‌کنند، که در خطوط تولید و سیستم‌های نظارتی بزرگ کاربرد دارد.
• مزایا: صرفه‌جویی در فضا و هزینه، مناسب برای کاربردهای چندسنسوری.
• برخی مدل‌ها امکان پیکربندی هر کانال به صورت مستقل (ولتاژ یا جریان) را دارند.

۳. بر اساس وضوح اندازه‌گیری (Resolution)

وضوح یا رزولوشن (Resolution) به تعداد بیت‌هایی گفته می‌شود که کارت برای تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال استفاده می‌کند. هرچه تعداد بیت‌ها بیشتر باشد، دقت اندازه‌گیری بالاتر است.

 کارت‌های با وضوح بالا (High-Resolution)

• معمولاً دارای وضوح ۱۶ بیت تا ۲۰ بیت هستند.
• برای کاربردهایی طراحی شده‌اند که نیاز به اندازه‌گیری دقیق دارند، مانند کنترل دما در فرآیندهای حساس، آزمایشگاه‌ها، صنایع دارویی و الکترونیکی.

مزایا:

• خطای اندازه‌گیری بسیار پایین
• قابلیت شناسایی تغییرات بسیار جزئی در سیگنال
• مناسب برای سیستم‌های کنترل حلقه بسته دقیق

کارت‌های با وضوح پایین (Standard-Resolution)

• معمولاً دارای وضوح ۱۲ تا ۱۴ بیت هستند.
• برای کاربردهای عمومی و کنترل‌های صنعتی معمولی مورد استفاده قرار می‌گیرند، جایی که نیازی به دقت بسیار بالا نیست.

مزایا:

• سرعت نمونه‌برداری بالاتر
• قیمت کمتر
• مناسب برای مانیتورینگ کلی یا کنترل‌های عمومی صنعتی

نکته مهم:

بسیاری از کارت‌های ورودی آنالوگ زیمنس (به‌ویژه در سری‌های S7-1200 و S7-1500) قابلیت انتخاب حالت کاری دارند؛ یعنی می‌توانند بین ورودی ولتاژی یا جریانی سوئیچ شوند. همچنین برخی مدل‌ها دارای ویژگی‌هایی مانند فیلتر نرم‌افزاری (Noise Filter)، تشخیص قطع شدن سیم سنسور و کالیبراسیون خودکار هستند که در افزایش دقت و پایداری سیستم تأثیر زیادی دارند.

کاربردهای کارت ورودی آنالوگ زیمنس

کارت‌های ورودی آنالوگ زیمنس در بسیاری از صنایع و کاربردها به کار می‌روند، از جمله:

• کنترل فرآیند: اندازه‌گیری و کنترل پارامترهایی مانند دما، فشار، جریان و سطح در صنایع مختلف
• مانیتورینگ: نظارت بر وضعیت تجهیزات در سیستم‌های تهویه، امنیتی، آبیاری و …
• جمع‌آوری داده: گردآوری اطلاعات از محیط واقعی برای تحلیل و گزارش‌گیری

نکات مهم در انتخاب کارت ورودی آنالوگ زیمنس

برای انتخاب کارت ورودی مناسب، باید به موارد زیر توجه کرد:

• نوع سیگنال ورودی: ولتاژ یا جریان
• تعداد کانال‌ها: متناسب با تعداد سنسورها
• وضوح اندازه‌گیری: بسته به دقت مورد نیاز
• محدوده ورودی: هماهنگ با سیگنال‌های دستگاه‌ها
• سرعت تبدیل: متناسب با سرعت فرآیند کنترلی

نکات سخت افزاری

کارت های آنالوگ ورودی، سیگنال های الکتریکی آنالوگ را از سنسورها و ترانسمیترهای آنالوگ دریافت نموده و آن ها را به دیتا تبدیل می‌نمایند. در این کارت ها به منظور تبدیل سیگنال الکتریکی به دیتا، از واحدی به نام A/D استفاده می‌شود. سیگنال ورودی به هر کانال کارت آنالوگ، به A/D وارد شده و در آنجا به دیتا که به یک عدد دیجیتال 16 بیتی است تبدیل می‌گردد. لازم است کاربر در برنامه ی خود این عدد را به طور صحیح مقیاس نموده و سپس از آن استفاده نماید.

اگرچه کارت های معمولی فقط دارای یک واحد A/D هستند ولی عمل تبدیل آنالوگ به دیجیتال برای هر کانال در کارت آنالوگ به صورت جداگانه و ترتیبی انجام می‌شود، یعنی در هر لحظه یکی از ورودی ها به واحد A/D ارسال شده و عدد دیجیتال به دست آمده در اختیار PLC قرار می‌گیرد. انواع کارت های آنالوگ ورودی را می‌توان طبق شکل بالا دسته بندی نمود.

جهت آشنایی با ورودی آنالوگ plc کلیک کنید.

کلاس فنی ماژول های AI

کارت های آنالوگ ورودی از نظر کلاس فنی به سه دسته تقسیم می‌شوند:

• ST (Standard): برای کاربردهای معمول و متداول با پارامترهای محدود. پارامترها یا امکانات معمولا برای کل کارت یا یک گروه از کانال ها است. دقت کارت های آنالوگ استاندارد در حد متوسط و حدود % 0.3 است.
• HF (High Feature): با پارامترها و امکانات بیشتر مانند امکانات Diagnostic که می‌تواند برای هر کانال از کارت به طور جداگانه تنظیم شود. دقت کارت آنالوگ بالا و زیر % 0.1 است.
• HS (High Speed): برای کاربردهای با سرعت بالا و کم ترین تاخیر در دریافت ورودی ها است. در کارت های آنالوگ از نوع HS، سرعت تبدیل سیگنال بسیار بالاست و دارای قابلیت Isochrone می‌باشد. در مد Isochrone زمان سیکل برنامه با زمان انتقال و پردازش سیگنال در ماژول IO، سنکرون می‌شود.

دقت و حد تفکیک کارت آنالوگ ورودی

منظور از حد تفکیک، قابلیت جداسازی است و بیانگر تشخیص کوچکترین تغییر در سیگنال الکتریکی دریافتی توسط کارت می‌باشد. این عدد برحسب بیت بیان شده و بیانگر دقت کارت می‌باشد. این عدد در تمامی کارت های آنالوگ ورودی 16 bit ، پی ال سی s7-1500 زیمنس می‌باشد که بیشترین دقت را دارد.

کد کارت های AI

هر کارت آنالوگ ورودی، به صورتی کد گذاری شده که نوع آن را می‌توان از روی آن تشخیص داد. روش کد گذاری طبق فرمت جدول زیر است.

به عنوان مثال کارت SM531 AI 4xU/I/RTD/TC ST را در نظر بگیرید. این کارت از نوع آنالوگ ورودی بوده (AI)، دارای چهار کانال است. کارت های که کد آنها دارای حروف U یا I است ورودی های ولتاژی و جریانی را پوشش داده و نیز حروف RTD یا TC نمایانگر امکان اتصال مستقیم ماژول به سنسور RTD یا ترموکوپل ها هستند.

انواع کارت های آنالوگ ورودی (AI)

کارت های آنالوگ ورودی با توجه به نوع و تعداد سیگنال دریافتی به انواع مختلفی تقسیم بندی می‌شوند. انواع این کارت ها در جدول زیر لیست شده است.

سیم کشی و اتصالات کارت آنالوگ بر اساس نقشه‌ی پشت درب کارت و یا منوال مربوط به کارت انجام می‌شود. در این نقشه حروف و علامت های به شرح جدول زیر دیده می‌شود.

به طور کلی نوع سیگنال های الکتریکی دریافتی توسط کارت AI به چهار گروه تقسیم می‌شود.

1. سیگنال های RTD
2. سیگنال های ولتاژی
3. سیگنال های ترموکویل
4. سیگنال های جریانی

الف) سیگنال دریافتی از RTD یا مقاومت

همانطور که در فصل های قبل نیز اشاره شد RTD ها مقاومت های متغیری هستند که برای اندازه گیری دما به کار می‌روند. تغییرات دما منجر به تغییرات مقاومت RTD شده و توسط کارت ورودی حس می‌گردد. کارت های که RTD را می‌گیرند معمولا می‌توانند مقاومت خالص متغیر یعنی R را نیز بگیرند زیرا اصول تغییرات در هر دو یکسان است.

RTD و Resistor می توانند به صورت سه سیمه یا چهار سیمه به کارت متصل شوند، دقت چهار سیمه بالاتر است و اهم مسیر در اندازه گیری دیده نمی‌شود ولی در سه سیمه مقاومت یک رشته سیم در اندازه گیری دیده می‌شود. RTD ها از نظر جنس، دو مدل پلاتینی (Pt) و نیکل (Ni) دارند و از نظر بازه ی اندازه‌گیری و دقت به دو نوع Standard و Climate تفکیک می‌شوند.

نوع Climate بازه‌ی کمتر و دقت بیشتری دارد. علاوه بر RTD و R می‌توان سیگنال PTC را نیز به صورت دو سیمه استفاده کرد PTC نیز مقاومت نیمه هادی است که با تغییر دما تغییر می‌کند ولی تغییرات آن غیر خطی و بسیار سریع است و در موارد حساس مانند درایوها و سیم پیچی ترانس و موتور و … به کار می‌رود.

برخی از انواع سیگنال های مقاومتی و RTD که در کارت های آنالوگ ورودی S7-1500 قابل تنظیم است در جدول زیر آورده شده است.

RTD ها و مقاومت ها و PTC ها را می‌توان 2 سیمه یا 3 سیمه یا 4 سیمه به کارت آنالوگ متصل نمود.

از منبع جریان ترمینال های IC+ و IC- جریانی به مقاومت داده می‌شود و از ترمینال های M- و M+ ولتاژ اندازه گیری می‌شود. با تقسیم ولتاژ بر جریان مقدار مقاومت به دست می‌آید. در حالت چهار سیمه هر چهار سیم متصل اند ولی در سه سیمه یک ترمینال و در دو سیمه دو ترمینال روی کارت جامپر می‌شوند.

سیگنال ولتاژی

این سیگنال از ترانسدیوسرها و ترانسمیترها دریافت می‌گردد و دارای بازه های استاندارد است. برخی از انواع آن که در کارت های آنالوگ ورودی S7-1500 قابل تنظیم است و عبارت اند از:

• +/- 50 mV
• +/- 80 mV
• +/- 250 mV
• +/- 500 mV
• +/- 1 V
• 1 V to 5 V
• +/- 2.5 V
• +/- 5 V
• +/- 10 V

تغذیه ی 24 V به L+ و M متصل شده و برای هر سیگنال دو ترمینال در نظر گرفته شده است. به عنوان مثال برای اتصال به کانال 0 سیگنال آنالوگ با رعایت پلاریته به ترمینال های شماره ی 3 و 4 متصل می‌گردد.

توصیه می‌شود شیلد کابل ها به زمین وصل شود و سیم های با پلاریته‌ی منفی به Mana متصل شده و با اتصال به M زمین شود.

سیگنال دریافتی از ترموکوپل

این سیگنال به صورت میلی ولت از ترموکوپل دریافت می‌شود. ترموکوپل های نوع B، N، S، R، E، T، K، J را می‌توان به کارت مربوط به ترموکوپل به طور مستقیم یا با سیم هم جنس متصل نمود.

در اتصال ترموکوپل دو روش وجود دارد:

اتصال مستقیم یا سیم هم جنس بدون جبران ساز: این روش جبران سازی داخلی است و لازم است خود ترموکوپل نیز زمین شود. بهتر است کارت AI در دمای پایین نگه داشته شود تا دقت مناسب را ارائه دهد (به دلیل تشکیل ترموکوپل در ترمینال های کارت).

اتصال با سیم مسی و جبران ساز: در این حالت سیم های ترموکوپل از بیرون و از محل Cold Junction به سیم مسی متصل می‌شوند و سیم مسی به ترمینال های کارت آنالوگ وصل می‌گردد. پس در نقطه cold junction، ترموکوپل تشکیل می‌شود. برای جبران خطا یک RTD در Cold Junction نصب کرده و به ترمینال های Comp وصل می‌شود تا خطا را جبران کند. به این روش جبران ساز بیرونی گفته می‌شود. دقت کنید خود ترموکوپل ها به زمین وصل نشده است.

در هر دو روش به اتصالات نقطه چین دقت شود.

سیگنال جریانی

این سیگنال از ترانسدیوسرها و ترانسمیترها دریافت می‌شود. برخی از انواع آن عبارت است از:

• 0- 20 mA
• 4- 20 mA
• +/- 20 mA

به طور کلی ترانسمیترهای دارای خروجی جریان به دو دسته ی زیر تقسیم می‌شوند.

• ترانسمیتر چهار سیمه (Self- Powered) – تغذیه از بیرون
• ترانسمیتر دو سیمه (Loop- Powered) – تغذیه توسط همان سیم 4- 20 mA

ترانسمیترهای چهار سیمه برای روشن شدن دارای ورودی تغذیه بوده و مقادیر به دست آمده توسط سنسور را با استفاده از خروجی آنالوگ انتقال می‌دهند. توصیه می‌شود پایه های منفی را به رفرنس Mana و نیز زمین متصل کنید.

ترانسمیترهای دو سیمه ورودی تغذیه‌ی مجزا ندارند ترمینال های کارت دارای ولتاژ است و به محض اتصال، تغذیه ترانسمیتر برقرار می‌شود بنابراین تغذیه ی ترانسمیتر و سیگنال جریانی آن روی یک زوج سیم قرار می‌گیرند. در این حالت پایه های منفی به Mana وصل نمی‌شوند.

ما در تکنوکلید در مورد قیمت سافت استارتر زیمنس هم در این صفحه توضیح داده‌ایم، در صورتی که علاقه‌مند به کسب اطلاعات و استعلام قیمت هستید اینجا کلیک کنید.

قیمت کارت ورودی آنالوگ زیمنس

قیمت کارت‌های ورودی آنالوگ زیمنس بسته به مدل، تعداد کانال، دقت، امکانات و شرایط بازار متغیر است. برای مقایسه قیمت‌ها و انتخاب بهترین گزینه، توصیه می‌شود به فروشگاه‌ها و منابع معتبر تجهیزات صنعتی مراجعه کنید.

خرید کارت ورودی آنالوگ زیمنس

برای خرید کارت ورودی یا خروجی آنالوگ زیمنس، می‌توان از فروشگاه‌های معتبر تجهیزات اتوماسیون صنعتی اقدام کرد. این کارت‌ها در مدل‌های مختلف و با قابلیت‌های گوناگون عرضه می‌شوند و برای انواع کاربردهای صنعتی مناسب هستند.

کارت PLC زیمنس

کارت‌های PLC زیمنس از پیشرفته‌ترین اجزای سیستم‌های کنترل اتوماتیک صنعتی محسوب می‌شوند. این کارت‌ها با قدرت پردازش بالا و قابلیت برنامه‌ریزی انعطاف‌پذیر، امکان کنترل دقیق فرآیندها و ماشین‌آلات را فراهم می‌کنند.
مدل‌های مختلفی از این کارت‌ها مانند S7-1200، S7-1500 و S7-300 برای کاربردهای گوناگون طراحی شده‌اند. این کارت‌ها از ویژگی‌هایی مانند سرعت بالا، پایداری، قابلیت اتصال به شبکه‌های صنعتی و اطمینان بسیار بالا برخوردارند.

جمع بندی

کارت‌های ورودی آنالوگ زیمنس یکی از اجزای کلیدی در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی هستند که وظیفه تبدیل سیگنال‌های آنالوگ دنیای واقعی به داده‌های دیجیتال قابل‌درک برای PLC را بر عهده دارند. این کارت‌ها با دقت و پایداری بالا، امکان اندازه‌گیری پارامترهایی مانند دما، فشار، جریان و ولتاژ را فراهم کرده و در طیف وسیعی از صنایع از جمله نفت و گاز، داروسازی، نیروگاهی و غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

زیمنس با ارائه مدل‌های متنوع از کارت‌های ورودی آنالوگ در سری‌های مختلف مانند S7-1200، S7-1500 و S7-300، نیاز کاربران را در سطوح مختلف دقت، سرعت و تعداد کانال برطرف کرده است. انتخاب صحیح کارت متناسب با نوع سیگنال، وضوح و تعداد ورودی‌ها می‌تواند دقت سیستم کنترلی را به‌طور چشمگیری افزایش دهد و عملکردی پایدار و قابل اعتماد در فرآیندهای صنعتی تضمین کند.