بنية الذاكرة الخاصة بـ سيمنز تُصنَّف وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة S7-300 وS7-400 إلى ثلاث طبقات متميزة: ذاكرة التحميل، وذاكرة العمل، وذاكرة النظام. يمكن تتبع أي عطل متعلق بالذاكرة، سواءً كان وحدة معالجة مركزية ترفض الخروج من وضع الإيقاف، أو برنامجًا يختفي بعد انقطاع التيار الكهربائي، أو إنذارًا متعلقًا بالبطارية في وحدة S7-400، إلى إحدى هذه الطبقات وإلى القواعد التي تحكم كيفية انتقال البيانات بينها. تُعرِّف هذه المقالة كل طبقة بدقة، وتشرح كيف تُنفِّذها عائلتا وحدات التحكم بشكل مختلف، وتُقدِّم المعايير العملية لوحدات المعالجة المركزية النموذجية، وتختتم بتشخيص الأعطال، وممارسات الصيانة، والأسئلة الأكثر شيوعًا بين المهندسين. يفترض هذا المحتوى معرفة عملية ببرنامج STEP 7 والبنية العامة لبرنامج وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، ولكن ليس بالضرورة تخصصًا مسبقًا في إدارة الذاكرة.

1. تعريف طبقات الذاكرة الثلاث

تحتوي ذاكرة التحميل على برنامج المستخدم بالكامل، بما في ذلك كتل التعليمات البرمجية (OB، FB، FC)، وكتل البيانات (DB)، والرموز، والتعليقات، وبيانات التقنية. وهي مستودع غير متطاير، أو مدعوم ببطارية، يستعيد منه المعالج المركزي نسخة العمل الخاصة به عند كل بدء تشغيل. أما ذاكرة العمل فهي منطقة ذاكرة الوصول العشوائي المدمجة التي يُنفذ فيها المعالج المركزي البرنامج فعليًا؛ وتحتوي فقط على التعليمات البرمجية والبيانات اللازمة للتنفيذ. وذاكرة النظام هي مجموعة مناطق العناوين التي تعمل عليها مجموعة التعليمات: مدخلات العملية (I)، ومخرجات العملية (Q)، وذاكرة البت (M)، والمؤقتات (T)، والعدادات (C)، والبيانات المحلية (L)، وكتل البيانات (DB).

إن التمييز بين الطبقات الثلاث ليس مجرد مسألة نظرية. فالكتلة الموجودة في ذاكرة التحميل فقط لا تُنفَّذ. أما الكتلة الموجودة في ذاكرة العمل فقط فتُنفَّذ، ولكن لا يمكن تحميلها إلى جهاز البرمجة. ويتم إعادة ضبط علامة الاحتفاظ التي لا تُخزَّن في ذاكرة التحميل عند كل إعادة تشغيل. ولكل طبقة تقلبها الخاص، وحدود سعتها الخاصة، وسلوكها الخاص في حالة الفشل، كما هو مُلخَّص في الجدول 1.

الجدول 1: نظرة عامة على طبقات الذاكرة الثلاث

الطبقة | المحتويات | تطبيق S7-300 | تطبيق S7-400 | السلوك عند انقطاع التيار الكهربائي

تحميل الذاكرة | البرنامج الكامل: الكتل، الرموز، التعليقات، البيانات التقنية | بطاقة ذاكرة صغيرة (MMC) | ذاكرة وصول عشوائي (RAM) مدعومة ببطارية؛ بطاقة ذاكرة فلاش قابلة للمسح والبرمجة كهربائيًا (EPROM) اختيارية | S7-300: يتم الاحتفاظ بها على بطاقة MMC. S7-400: يتم الاحتفاظ بها في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) طالما أن البطارية سليمة؛ وإلا يتم استعادتها من ذاكرة EPROM أو فقدانها

ذاكرة العمل | التعليمات البرمجية والبيانات القابلة للتنفيذ فقط | ذاكرة الوصول العشوائي المدمجة | ذاكرة الوصول العشوائي المدمجة | تم فقدان المحتويات؛ تمت إعادة بنائها من ذاكرة التحميل عند بدء التشغيل التالي

ذاكرة النظام | عنونة I، Q، M، T، C، L، DB | دوائر وحدة المعالجة المركزية الداخلية | دوائر وحدة المعالجة المركزية الداخلية | إعادة ضبط الأجزاء غير المُحتفظة؛ استعادة الأجزاء المُحتفظة من ذاكرة التحميل

يُشكّل الفرق بين التخزين المتطاير والتخزين غير المتطاير محورًا ثانيًا في بنية المعالج. في معالج S7-300، يُحقق التخزين غير المتطاير باستخدام ذاكرة فلاش (MMC) دون الحاجة إلى بطارية. أما في معالج S7-400، فيُحقق التخزين غير المتطاير باستخدام ذاكرة وصول عشوائي (RAM) مدعومة ببطارية، ويمكن إضافة بطاقة ذاكرة فلاش قابلة للمسح والبرمجة كهربائيًا (EPROM) اختياريًا. هذا الفرق البسيط يُفسّر معظم الاختلافات العملية بين المعالجين، بدءًا من مؤشر انخفاض مستوى البطارية في معالج S7-400 وصولًا إلى حقيقة أن معالج S7-300 بدون بطاقة MMC لن يبدأ التشغيل على الإطلاق.

2. تحميل الذاكرة: مكان تخزين البرنامج

ذاكرة التحميل هي الطبقة ذات السعة الأكبر. فهي تخزن البرنامج بكامله، بما في ذلك البيانات التي لا ينفذها المعالج المركزي مباشرةً: تعليقات الكتل، ومعلومات الرموز، وكائنات التقنية. عند تجميع مشروع وتنزيله، تُنقل كل كتلة إلى ذاكرة التحميل أولًا. ثم ينسخ المعالج المركزي الأجزاء القابلة للتنفيذ إلى ذاكرة العمل. ولأن ذاكرة التحميل تحتوي على المشروع كاملًا، فهي أيضًا الطبقة التي يقرأها برنامج التحميل عند نقل البرنامج من المعالج المركزي إلى جهاز البرمجة.

2.1 تحميل الذاكرة على جهاز S7-300: بطاقة الذاكرة الصغيرة

تُخزّن جميع وحدات المعالجة المركزية S7-300 الحالية ذاكرة التحميل على بطاقة ذاكرة صغيرة (MMC). بطاقة MMC عبارة عن بطاقة ذاكرة فلاش قابلة للتوصيل تُركّب في فتحة أمامية لوحدة المعالجة المركزية. لا تحتاج هذه البطاقة إلى بطارية، ولذلك يمكن لمحطة S7-300 أن تبقى بدون طاقة لسنوات وتستمر في العمل مع الحفاظ على برنامجها سليمًا. من بين أرقام الطلب الشائعة لعائلة بطاقات MMC: 6ES7953-8LL31-0AA0 (512 كيلوبايت) و6ES7953-8LM31-0AA0 (2 ميجابايت)؛ وتتراوح سعة هذه العائلة من 64 كيلوبايت إلى 8 ميجابايت، ويعتمد الحد الأقصى للحجم المقبول على وحدة المعالجة المركزية.

بطاقة الذاكرة MMC ليست ملحقًا اختياريًا. لا يمكن لوحدة المعالجة المركزية S7-300 الحديثة تشغيل أي برنامج بدونها؛ إذ تتوقف وحدة المعالجة المركزية عن العمل وتطلب بطاقة ذاكرة من مخزن التشخيص المؤقت. هذا قرار تصميمي مقصود. ولأن بطاقة الذاكرة MMC هي وحدة التخزين الوحيدة غير المتطايرة في النظام، فهي لا تحتوي على البرنامج فحسب، بل تحتوي أيضًا على البيانات المحفوظة، وفي بعض وحدات المعالجة المركزية، على البرامج الثابتة. في حال فقدان البطاقة، لا تملك وحدة المعالجة المركزية برنامجًا لتنفيذه ولا مكانًا لتخزين البيانات المحفوظة.

تحتوي بطاقة الذاكرة MMC على منزلق صغير للحماية من الكتابة على غلافها. عندما يكون المنزلق في وضع القفل، يرفض المعالج المركزي عمليات التنزيل مع رسالة تفيد بأن بطاقة الذاكرة محمية ضد الكتابة. يحمي المنزلق البطاقة من الكتابة العرضية أثناء الاستخدام، ولكنه يُعد سببًا شائعًا لفشل عمليات التنزيل بعد الصيانة، لذا يجب التحقق من وضعه أولًا عند رفض عملية تنزيل.

في حال فقدان ذاكرة التحميل أو فراغها: في جهاز S7-300، يعني وجود ذاكرة MMC فارغة أو مفقودة توقف وحدة المعالجة المركزية وعدم إمكانية تشغيلها. أما في جهاز S7-400، فإن وجود ذاكرة تحميل RAM فارغة بدون بطاقة EPROM يعني توقف وحدة المعالجة المركزية عن العمل وعدم وجود برنامج مستخدم؛ وفي حال وجود بطاقة EPROM، تقوم وحدة المعالجة المركزية بنسخ البرنامج من EPROM إلى RAM عند بدء التشغيل وتعمل بشكل طبيعي.

2.2 تحميل الذاكرة على جهاز S7-400: ذاكرة الوصول العشوائي المدعومة ببطارية وذاكرة الفلاش القابلة للمسح والبرمجة كهربائياً

تُنفّذ وحدة المعالجة المركزية S7-400 ذاكرة التحميل على مرحلتين. المرحلة الأولى هي ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) المدمجة في وحدة المعالجة المركزية، والتي تحتوي على النسخة العاملة من ذاكرة التحميل. وتُحافظ بطارية احتياطية، مثل 6ES7971-0BA00، على تشغيل هذه الذاكرة، وهي مُثبّتة في وحدة التزويد بالطاقة أو في حجرة وحدة المعالجة المركزية. أما المرحلة الثانية فهي بطاقة ذاكرة فلاش قابلة للبرمجة والمسح والبرمجة كهربائيًا (EPROM)، مثل 6ES7952-1KM00-0AA0، والتي تُوفّر تخزينًا غير متطاير يستمر حتى في حالة انقطاع التيار الكهربائي تمامًا.

عند تشغيل جهاز S7-400، يتصرف الجهاز على النحو التالي: إذا كانت ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) تحتوي على برنامج، يقوم المعالج بنسخه إلى ذاكرة العمل ويبدأ التشغيل. أما إذا كانت ذاكرة الوصول العشوائي فارغة ولكن تم إدخال بطاقة ذاكرة فلاش قابلة للمسح والبرمجة كهربائيًا (EPROM)، يقوم المعالج بنسخ البرنامج من بطاقة EPROM إلى ذاكرة الوصول العشوائي، ثم إلى ذاكرة العمل. إذا كانت كلتا الذاكرتين فارغتين، يتوقف المعالج عن العمل. هذه السلسلة من عمليات بدء التشغيل هي السبب في قدرة جهاز S7-400 الذي تتم صيانته جيدًا على التعافي من عطل البطارية دون أي تدخل، شريطة تحديث ذاكرة EPROM باستمرار.

في حال فقدان ذاكرة التحميل أو فراغها: في جهاز S7-400، يحدث فقدان ذاكرة التحميل RAM عند تعطل البطارية أثناء انقطاع التيار الكهربائي وعدم وجود بطاقة EPROM. عندها يُفقد البرنامج ويجب إعادة تنزيله أو استعادته من ملف احتياطي. هذا السيناريو، أكثر من أي سيناريو آخر، يُبرر عادة تنزيل البرنامج إلى EPROM بعد كل تغيير في عملية التشغيل.

3. ذاكرة العمل: مساحة التنفيذ

ذاكرة العمل هي ذاكرة الوصول العشوائي المدمجة التي يُنفذ فيها المعالج المركزي البرنامج. وهي مقسمة داخليًا إلى منطقة التعليمات البرمجية ومنطقة البيانات. عند التحميل، ينسخ المعالج المركزي كتل التعليمات البرمجية القابلة للتنفيذ من ذاكرة التحميل إلى ذاكرة العمل؛ أما أثناء التشغيل، فيسترجع المعالج المركزي التعليمات والبيانات حصريًا من ذاكرة العمل. ذاكرة العمل متغيرة باستمرار. في كلا النوعين من المعالجات، يُعاد بناؤها من ذاكرة التحميل عند كل إعادة تشغيل، لذا فإن البرنامج الذي "يستمر" بعد انقطاع التيار الكهربائي إنما يستمر بفضل ذاكرة التحميل، وليس بفضل ذاكرة العمل.

ذاكرة العمل هي الطبقة التي تحدد مدى ملاءمة البرنامج. قد يؤدي وجود كتلة بيانات كبيرة، أو كتلة بيانات طويلة، أو كتلة ملفات متداخلة بكثافة، إلى استنفاد ذاكرة العمل حتى مع وجود مساحة كافية في ذاكرة التحميل. عند حدوث ذلك، يُرفض التنزيل مع ظهور رسالة مثل "لا توجد ذاكرة مستخدم متاحة"، ويكون الحل إما تقليل حجم البرنامج أو الانتقال إلى وحدة معالجة مركزية ذات ذاكرة عمل أكبر. لا يمكن توسيع ذاكرة العمل بإضافة بطاقات؛ فهي خاصية ثابتة لوحدة المعالجة المركزية نفسها. لهذا السبب، يُعدّ رقم ذاكرة العمل في البيانات الفنية لوحدة المعالجة المركزية أهم رقم يجب التحقق منه عندما يتجاوز حجم مشروع ما قدرة وحدة التحكم الخاصة به.

في حال فقدان ذاكرة العمل أو نفادها، يتوقف المعالج أو يفشل في التشغيل. ولأن ذاكرة العمل تُعاد بناؤها عند كل تشغيل، فإن فقدانها عادةً ما يكون مؤقتًا وغير ملحوظ، حيث يقوم المعالج ببساطة بإعادة التحميل من ذاكرة التحميل. يصبح الفقدان دائمًا فقط عند فقدان ذاكرة التحميل أيضًا، وهو ما يحدث في حالة بطارية جهاز S7-400 المذكورة أعلاه.

4. ذاكرة النظام ومناطق العناوين

ذاكرة النظام هي المصطلح الجامع لمناطق البيانات القابلة للعنونة التي تعمل عليها مجموعة التعليمات. تُنفَّذ هذه المناطق في الدوائر الداخلية لوحدة المعالجة المركزية، وليس على أي وسيط تخزين قابل للإزالة، وتُعدّ أحجامها خصائص ثابتة لكل طراز من طرازات وحدة المعالجة المركزية. يوضح الجدول 2 هذه المناطق ووظائفها.

الجدول 2: مناطق عناوين ذاكرة النظام

المنطقة | الرمز | المحتويات | ملاحظات

معالجة صورة المدخلات | I | يتم نسخ حالات الإدخال من وحدات الإدخال/الإخراج في بداية كل مسح OB 1 | عنونة البايت والبت، على سبيل المثال من I0.0 إلى I0.7 في بايت الإدخال IB0؛ النطاق الافتراضي 128 بايت، قابل للتكوين حتى حد أقصى خاص بوحدة المعالجة المركزية (2048 بايت على معظم وحدات المعالجة المركزية S7-300)

صورة معالجة المخرجات | Q | حالات المخرجات المكتوبة إلى وحدات الإدخال/الإخراج في نهاية كل مسح OB 1 | عنونة البايت والبت، على سبيل المثال من Q0.0 إلى Q0.7 في بايت الإخراج QB0

الإدخال/الإخراج الطرفي | PI، PQ | وصول مباشر إلى وحدات الإدخال/الإخراج يتجاوز صورة العملية | يُستخدم للإدخال/الإخراج عالي السرعة أو الحساس للوقت؛ ويتم الوصول إليه ككلمات PIW/PQW

ذاكرة بت | M | علامات لحالات المنطق الوسيطة | عنونة البايت والبت، على سبيل المثال من M0.0 إلى M0.7 في بايت العلامة MB0؛ يعتمد الحجم على وحدة المعالجة المركزية؛ في بعض وحدات المعالجة المركزية، تكون أول 256 بايت محجوزة لبيانات النظام ولا يمكن استخدامها بحرية

كتل البيانات | قاعدة البيانات | تخزين البيانات المهيكلة لبرنامج المستخدم | تتحكم خاصية الاحتفاظ في ما إذا كانت محتويات قاعدة البيانات تبقى بعد إعادة التشغيل

المؤقتات | T | وظائف المؤقت S5 | يعتمد عدد المؤقتات على وحدة المعالجة المركزية

العدادات | لغة C | وظائف العدادات | يعتمد عدد العدادات على وحدة المعالجة المركزية

البيانات المحلية | L | المتغيرات المؤقتة لمكالمة OB أو FB أو FC النشطة حاليًا | قائمة على المكدس؛ العمق محدود لكل فئة أولوية

4.1 صورة العملية

يتم تحديث منطقتي الإدخال والإخراج (I و Q) من خلال صورة العملية. في بداية البرنامج الدوري، ينسخ المعالج المركزي حالات وحدات الإدخال إلى منطقة الإدخال (I)؛ وخلال الدورة، يقرأ البرنامج هذه اللقطات المتسقة؛ وفي نهاية الدورة، ينسخ المعالج المركزي منطقة الإخراج (Q) إلى وحدات الإخراج. تضمن هذه الآلية أن ترى جميع أقسام البرنامج نفس حالات الإدخال خلال عملية مسح واحدة. يتجاوز الوصول المباشر للأجهزة الطرفية (PIW، PQW) الصورة ويقرأ أو يكتب إلى الوحدة مباشرةً، وهو أسرع ولكنه غير متسق خلال عملية المسح. يمكن تكبير صورة العملية الصغيرة جدًا بالنسبة لوحدات الإدخال/الإخراج المثبتة في خصائص المعالج المركزي في STEP 7، حتى الحد الأقصى المحدد للمعالج المركزي.

4.2 بت ذاكرة M وبايت العلم

ذاكرة البت، التي كانت تُعرف تاريخيًا باسم "الأعلام"، هي بمثابة مساحة تخزين مؤقتة للبرنامج. يحمل بت العلم الواحد، على سبيل المثال M0.0، حالة منطقية واحدة؛ وتُشكّل ثمانية بتات متتالية بايت العلم MB0، الذي يُعنون من M0.0 إلى M0.7. تُشكّل كلمات العلم (MW) وكلمات العلم المزدوجة (MD) بتجميع البايتات. يختلف حجم منطقة M باختلاف وحدة المعالجة المركزية: توفر وحدة المعالجة المركزية 314 مساحة 256 بايت، وتوفر وحدة المعالجة المركزية 315-2 DP مساحة 2048 بايت، وتوفر وحدة المعالجة المركزية 319-3 PN/DP مساحة 8192 بايت. في العديد من وحدات المعالجة المركزية S7-300، يُحجز جزء من منطقة M، على سبيل المثال أول 256 بايت، لبيانات النظام التي يستخدمها نظام التشغيل ووظائف النظام؛ قد يؤدي استخدام هذه العناوين في برنامج المستخدم إلى سلوك غير منتظم، لذا يجب الرجوع إلى البيانات الفنية لوحدة المعالجة المركزية المحددة قبل تخصيص منطقة M بحرية.

4.3 المؤقتات والعدادات والبيانات المحلية

المؤقتات (T) والعدادات (C) عناصر وظيفية ذات حالة داخلية: يخزن المؤقت الوقت المتبقي، بينما يخزن العداد قيمة العد. عددها ثابت لكل وحدة معالجة مركزية، على سبيل المثال 256 مؤقتًا و256 عدادًا على وحدة المعالجة المركزية 314، و2048 من كل منهما على وحدة المعالجة المركزية 319-3 PN/DP. البيانات المحلية (L) هي مساحة المكدس التي تحتوي على المتغيرات المؤقتة للاستدعاء النشط حاليًا. في كل مرة يتم فيها استدعاء كتلة وظيفية (FB) أو دالة وظيفية (FC)، تحجز وحدة المعالجة المركزية جزءًا من مكدس البيانات المحلية للمتغيرات المؤقتة لتلك الكتلة؛ قد يؤدي التداخل العميق أو الهياكل المؤقتة الكبيرة إلى استنفاد المكدس، مما ينتج عنه خطأ برمجي، وإذا لم تتم معالجته، فإنه يؤدي إلى إيقاف البرنامج. في وحدات المعالجة المركزية S7-300، يبلغ حجم مكدس البيانات المحلية عادةً 32 كيلوبايت، ويتم مشاركته بين فئات الأولوية؛ أما في وحدات المعالجة المركزية S7-400، فتكون السعة أكبر، وفي الطرازات الأحدث، يتم تخصيصها لكل فئة أولوية.

في حال فقدان ذاكرة النظام أو إعادة ضبطها: تُهيأ مناطق I وQ وM وT وC وL غير المُحتفظة بالبيانات عند كل إعادة تشغيل، وتُعاد قواعد البيانات غير المُحتفظة بالبيانات إلى قيم التحميل الخاصة بها. أما المناطق المُحتفظة بالبيانات فتُستعاد من ذاكرة التحميل، وهي الآلية التي سيتم تناولها في الأقسام التالية.

5. جهاز S7-300 عمليًا: الذاكرة متعددة الوسائط، والبيانات المحفوظة، ومسألة البطارية

السمة المميزة لمفهوم ذاكرة S7-300 هي عدم وجود بطارية. يُخزَّن البرنامج على وحدة التحكم بالذاكرة (MMC)، ويتم إعادة تحميل ذاكرة العمل من وحدة التحكم بالذاكرة عند كل تشغيل، كما تُخزَّن البيانات المحفوظة على وحدة التحكم بالذاكرة أيضًا. عندما يكتشف المعالج المركزي انقطاع التيار الكهربائي، فإنه يحفظ القيم الحالية للمناطق المحفوظة المُهيأة في وحدة التحكم بالذاكرة؛ وعند التشغيل التالي، يستعيدها. لهذا التصميم ثلاث نتائج عملية.

أولًا، تُعتبر بطاقة الذاكرة MMC عنصرًا قابلًا للاستهلاك بالمعنى الضيق. تتمتع ذاكرة الفلاش بعمر افتراضي محدود للكتابة والمسح، وفي كل مرة يتم فيها إيقاف تشغيل الجهاز، تُكتب البيانات المخزنة. في ظل التشغيل الدوري العادي، لا يُشكل هذا الأمر مشكلة، ولكن البرامج التي تُعدّل البيانات المخزنة في دورات سريعة، أو التي تستخدم وظائف النظام SFC 82 إلى SFC 84 لكتابة كتل البيانات على بطاقة MMC في حلقة تكرارية، تُقصر من عمر البطاقة. يُذكر عدد دورات الكتابة المُقدّر في وثائق سيمنز الخاصة بالبطاقة.

ثانيًا، يتم تحديد إعدادات الذاكرة الاحتفاظية بشكل صريح. في الخطوة 7، يُحدد مربع حوار خصائص وحدة المعالجة المركزية (تكوين الأجهزة، علامة تبويب الذاكرة الاحتفاظية) عدد بايتات M، وعدد المؤقتات، وعدد العدادات التي تحتفظ بالبيانات. يتراوح نطاق علامة الاحتفاظ الافتراضي في معظم وحدات المعالجة المركزية S7-300 من M 0.0 إلى M 15.7. يتم جعل كتل البيانات تحتفظ بالبيانات بشكل فردي عن طريق تحديد سمة "الاحتفاظ" في خصائص الكتلة. تبقى النطاقات المُكوّنة فقط بعد إعادة تشغيل الجهاز؛ أما باقي البيانات فتُعاد تهيئتها.

ثالثًا، عملية التنزيل بسيطة وموحدة. في برنامج STEP 7، يقوم التنزيل العادي بكتابة الكتلة إلى وحدة MMC (ذاكرة التحميل) ثم ينسخها إلى ذاكرة العمل. لا يوجد مسار "تنزيل إلى ذاكرة الوصول العشوائي فقط" في جهاز S7-300: فمع وجود وحدة MMC، يكون كل تنزيل غير متطاير تلقائيًا. وتعمل عملية الرفع بنفس الطريقة: حيث يقرأ الرفع من وحدة MMC. تتوفر بطاقات MMC البديلة بجميع السعات في كتالوج قطع غيار Siemens PLC، وهو أمر مهم للمصانع التي يجب أن تحتفظ ببطاقة احتياطية مبرمجة.

إن مسألة البطارية، التي تهيمن على نقاشات معالج S7-400، لا تُثار إطلاقًا في معالج S7-300. فإذا لم يكن لدى معالج S7-300 بطارية، فلن يضيع البرنامج بسبب عطل في البطارية. أما حالات العطل المحتملة فهي: فقدان ذاكرة MMC، أو امتلاءها، أو حمايتها ضد الكتابة، أو وجود عيب فيها، وسيتم تناول كل حالة منها بالتفصيل في القسم 9.

6. جهاز S7-400 عمليًا: البطاريات، وذاكرة EPROM، وسلسلة بدء التشغيل

تعتمد ذاكرة S7-400 على ذاكرة وصول عشوائي (RAM) مدعومة ببطارية، مع ذاكرة فلاش قابلة للمسح والبرمجة (EPROM) كشبكة أمان. تحافظ البطارية الاحتياطية، على سبيل المثال 6ES7971-0BA00، على ذاكرة التحميل والبيانات المخزنة في ذاكرة الوصول العشوائي أثناء إيقاف تشغيل وحدة التحكم. كما تحتوي وحدة المعالجة المركزية (CPU) على بطارية احتياطية مدمجة قابلة لإعادة الشحن، تحافظ على ذاكرة الوصول العشوائي لفترة محدودة، تصل إلى عشرات الدقائق عند شحنها بالكامل، أثناء تغيير البطارية الرئيسية. هذه البطارية الاحتياطية هي السبب في إمكانية استبدال البطارية مع إيقاف تشغيل الجهاز، ولكن لا يجب الاعتماد عليها لفترة أطول مما هو مذكور في دليل المستخدم.

بطاقة ذاكرة الفلاش EPROM، على سبيل المثال 6ES7952-1KM00-0AA0، هي الطبقة غير المتطايرة في جهاز S7-400. وهي ليست ضرورية للتشغيل، ولكنها تُحدث فرقًا جوهريًا بين عطل بطارية قابل للإصلاح وعطل كارثي. تتراوح سعة هذه البطاقة من 64 كيلوبايت إلى 64 ميجابايت، ويعتمد الحد الأقصى للسعة على وحدة المعالجة المركزية. وتعني سلسلة بدء التشغيل الموضحة في القسم 2.2 أن وحدة المعالجة المركزية المزودة ببطاقة EPROM تعمل تستعيد بياناتها تلقائيًا من حالة نفاد البطارية؛ أما وحدة المعالجة المركزية التي لا تحتوي على بطاقة EPROM فتتوقف عن العمل وتحتاج إلى إعادة تحميل البيانات.

يحتوي سلوك التنزيل على جهاز S7-400 على مستويين، والخلط بينهما هو مصدر شائع للمشاكل الميدانية:

1. تُكتب البيانات في عملية التنزيل العادية إلى ذاكرة التحميل وذاكرة العمل في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). يُفعّل التغيير فورًا، ولكنه مؤقت: إذ يبقى بعد انقطاع التيار الكهربائي فقط طالما أن البطارية تُبقي ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) قيد التشغيل.

2. تقوم وظيفة "التنزيل إلى ذاكرة EPROM" (أو "نسخ ذاكرة الوصول العشوائي إلى ذاكرة القراءة فقط") بكتابة محتويات الذاكرة الحالية إلى بطاقة ذاكرة EPROM. وبذلك، تبقى التغييرات محفوظة حتى في حالة فقدان البطارية بالكامل.

لذا، فإنّ تسلسل الأعطال الكلاسيكي لجهاز S7-400 هو كالتالي: تحميل تعديل في فترة ما بعد الظهر، وعدم نسخ ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) إلى ذاكرة القراءة فقط (ROM)، ثم اكتشاف بعد أسبوعين، إثر انقطاع التيار الكهربائي ونفاد البطارية، أن وحدة المعالجة المركزية (CPU) تُعيد التشغيل بالبرنامج القديم من ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة (EPROM). كان التعديل موجودًا فقط في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وفُقد. لذا، يُعدّ تحديث ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة (EPROM) بعد كل تغيير في عملية التشغيل القاعدة الأكثر فعالية لصيانة الذاكرة في جهاز S7-400.

يُبلغ جهاز S7-400 عن حالة بطاريته باستمرار. عند انخفاض مستوى البطارية، يُضيء مؤشر LED الخاص بها (BATF) في مقدمة وحدة المعالجة المركزية أو وحدة التزويد بالطاقة، ويُسجل ذلك في سجل التشخيص. يعرض برنامج STEP 7 الحالة التفصيلية في قسم "تشخيص الأجهزة / معلومات الوحدة" ضمن علامة تبويب "البطارية"، حيث يُدرج حالة البطارية، وفي العديد من وحدات المعالجة المركزية، يُدرج أيضًا سعة البطارية الاحتياطية المتبقية المُقدّرة. تُخزّن بطاريات احتياطية مثل 6ES7971-0BA00 ضمن مجموعة قطع غيار PLC تحديدًا لأنها مواد استهلاكية ذات عمر افتراضي يُقاس بالسنوات، وليس بالعقود.

7. حجم الذاكرة الفعلي لكل وحدة معالجة مركزية

السؤال العملي الذي يطرح نفسه في كل نقاش حول مشاريع الذاكرة هو نفسه: ما مقدار ذاكرة العمل وذاكرة التحميل التي يمتلكها المعالج المركزي فعليًا؟ يعرض الجدول 3 بيانات نموذجية لخمسة معالجات مركزية شائعة الاستخدام. قيمة ذاكرة العمل ثابتة، أما قيمة ذاكرة التحميل فهي الحد الأقصى لحجم بطاقة MMC أو EPROM التي يقبلها المعالج المركزي.

الجدول 3: وحدات المعالجة المركزية النموذجية وذاكرتها

وحدة المعالجة المركزية | رقم الطلب | ذاكرة العمل | ذاكرة التحميل (الحد الأقصى) | الاستخدام النموذجي

وحدة المعالجة المركزية 314 | 6ES7314-1AG14-0AB0 | 128 كيلوبايت | ذاكرة MMC تصل إلى 8 ميجابايت | أجهزة متوسطة، تطبيقات S7-300 القياسية

وحدة المعالجة المركزية 315-2 DP | 6ES7315-2EH14-0AB0 | ٢٥٦ كيلوبايت | ذاكرة MMC تصل إلى ٨ ميجابايت | إدخال/إخراج موزع عبر PROFIBUS DP

وحدة المعالجة المركزية 319-3 PN/DP | 6ES7318-3EL01-0AB0 | 2 ميجابايت | بطاقة ذاكرة MMC تصل إلى 8 ميجابايت | تطبيقات S7-300 كبيرة الحجم مع PROFINET

وحدة المعالجة المركزية 414-2 | 6ES7414-2XK05-0AB0 | 512 كيلوبايت | ذاكرة وصول عشوائي (RAM) بالإضافة إلى ذاكرة قراءة فقط قابلة للمسح والبرمجة (EPROM) تصل إلى 64 ميجابايت | تطبيقات متوسطة المدى لجهاز S7-400

المعالج 417-4 | 6ES7417-4XT05-0AB0 | 4 ميجابايت | ذاكرة وصول عشوائي (RAM) بالإضافة إلى ذاكرة قراءة فقط قابلة للمسح والبرمجة كهربائياً (EPROM) تصل إلى 64 ميجابايت | تطبيقات S7-400 عالية الأداء

يُستنتج من الجدول قاعدتان لتحديد حجم الذاكرة. أولاً، تُعد ذاكرة العمل القيد الأساسي لمنطق البرنامج. يحتاج المشروع الذي يحتوي على كتل بيانات كبيرة أو العديد من الكتل في المسار الدوري إلى مساحة كافية في ذاكرة العمل، لأن وحدة المعالجة المركزية تُنفذ التعليمات من ذاكرة العمل ولا يمكنها استدعاء التعليمات البرمجية من ذاكرة التحميل عند الطلب. ثانياً، تُعد ذاكرة التحميل القيد الأساسي لبيانات المشروع: تُخزن الرموز والتعليقات وكائنات التقنية في ذاكرة التحميل فقط. قد يحتاج مشروع يُترجم إلى 300 كيلوبايت من التعليمات البرمجية إلى ذاكرة MMC بسعة 2 ميجابايت حتى بعد تضمين التعليقات ومعلومات الرموز. يُنصح عموماً بتحديد حجم ذاكرة MMC بشكل كبير عند بدء التشغيل، لأن استبدال البطاقة لاحقاً يتطلب تنزيلاً كاملاً وتوقفاً مؤقتاً للإنتاج.

8. تهيئة البيانات المحفوظة

البيانات المحفوظة هي الحالة التي يجب أن تبقى بعد إعادة تشغيل الجهاز: عدادات الأجزاء المكتملة، واختيارات الوصفات، وعلامات الوضع، والمجاميع المتراكمة. إجراءات التهيئة متطابقة في بنيتها على كلا النوعين، مع اختلاف آلية التخزين الداخلية.

في جهاز S7-300، افتح خصائص وحدة المعالجة المركزية في قسم "تكوين الأجهزة" وحدد علامة تبويب "الذاكرة الاحتفاظية". هناك، حدد نطاقات الاحتفاظ لذاكرة البت (على سبيل المثال، 16 بايت من M افتراضيًا)، وعدد مؤقتات الاحتفاظ، وعدد عدادات الاحتفاظ. تُعالج كتل البيانات بشكل فردي: في خصائص قاعدة البيانات، حدد الكتلة على أنها "محتفظ بها". تُخزن البيانات الاحتفاظية على وحدة MMC عند إيقاف التشغيل وتُستعاد عند إعادة التشغيل، وهذا هو سبب استمرار عملها حتى بدون بطارية.

في جهاز S7-400، يُحدد مربع الحوار نفسه نطاقات الاحتفاظ بالبيانات، ولكن آلية التخزين هي ذاكرة الوصول العشوائي المدعومة ببطارية. تبقى القيم المحفوظة محفوظةً بعد انقطاع التيار الكهربائي طالما أن البطارية سليمة. في حال تعطل البطارية أثناء إيقاف تشغيل وحدة التحكم، تُفقد البيانات المحفوظة، وتُعاد تهيئة قواعد البيانات المتأثرة إلى قيمها الأصلية عند بدء التشغيل التالي. لهذا السبب، تُعد حالة بطارية جهاز S7-400 من مسائل الصيانة، وليست من التفاصيل التشغيلية.

تُعزى معظم شكاوى الاحتفاظ بالبيانات إلى ثلاثة أخطاء في التكوين. أولها، عدم تكوين نطاق الاحتفاظ بالبيانات، مما يؤدي إلى إعادة ضبط العلامات عند كل إعادة تشغيل. ثانيها، تكوين النطاق، لكن قاعدة البيانات تفتقر إلى خاصية الاحتفاظ، مما يؤدي إلى إعادة ضبط محتويات قاعدة البيانات حتى مع بقاء علامات M. ثالثها، تكوين النطاق على وحدة المعالجة المركزية الخاطئة في مشروع متعدد وحدات المعالجة المركزية، مما يؤدي إلى إعادة ضبط وحدة المعالجة المركزية المقصودة بينما تحتفظ وحدة أخرى غير مستخدمة بالبيانات. يمكن تشخيص هذه الأخطاء الثلاثة في غضون دقائق بمقارنة علامة تبويب "الذاكرة الاحتفاظية" مع السلوك الملاحظ بعد إعادة تشغيل الجهاز.

9. أنماط الأعطال والتشخيص

تظهر أعطال الذاكرة في جهازي S7-300/400 من خلال مؤشرات LED، ومخزن التشخيص المؤقت، وسلوك عمليات التنزيل والتحميل. يوضح الجدول 4 أنماط الأعطال الشائعة، وأسبابها، ومسار التشخيص لكل منها.

الجدول 4: أنماط الأعطال المتعلقة بالذاكرة وتشخيصها

العرض | السبب المحتمل | مسار التشخيص | العلاج

وحدة المعالجة المركزية في وضع الإيقاف؛ إضاءة مؤشري SF وSTOP؛ إدخال التشخيص "إيقاف بسبب خطأ في الذاكرة" | بطاقة MMC مفقودة أو معيبة (S7-300)، أو ذاكرة التحميل تالفة | اقرأ مخزن التشخيص المؤقت عبر STEP 7 (العُقد التي يمكن الوصول إليها، معلومات الوحدة)؛ تحقق من تثبيت بطاقة MMC | أدخل بطاقة MMC سليمة مع نسخة احتياطية من البرنامج؛ أعد التنزيل؛ استبدل البطاقة إذا كانت معيبة

تم رفض التنزيل بسبب "عدم توفر ذاكرة مستخدم" | نفدت سعة ذاكرة العمل أو ذاكرة التحميل | قارن أحجام كتل المشروع بذاكرة عمل وحدة المعالجة المركزية؛ تحقق من ذاكرة التحميل المتاحة | احذف الكتل غير المستخدمة؛ قلل أحجام قاعدة البيانات؛ انتقل إلى وحدة معالجة مركزية ذات ذاكرة عمل أكبر أو وحدة MMC أكبر

تم رفض التنزيل مع ظهور رسالة "بطاقة الذاكرة محمية ضد الكتابة" | زر MMC في وضع القفل | افحص الزر الموجود على غلاف البطاقة | افتح الزر؛ كرر عملية التنزيل

تم رفض التنزيل على جهاز S7-300 بدون إدخال بطاقة ذاكرة | بطاقة الذاكرة غير موجودة | تحقق من فتحة البطاقة؛ اقرأ سجل التشخيص | أدخل بطاقة الذاكرة؛ سيقبل المعالج التنزيل بعد ذلك

مؤشر LED الخاص ببطارية S7-400 مضاء؛ إدخال التشخيص "انخفاض مستوى البطارية" | بطارية النسخ الاحتياطية فارغة أو مفقودة | معلومات الوحدة، علامة تبويب البطارية؛ تحقق من الجهد والحالة | استبدل البطارية وفقًا للإجراء الوارد في القسم 11؛ تحقق من محتويات ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بعد ذلك

يُعاد تشغيل جهاز S7-400 ببرنامج قديم بعد انقطاع التيار الكهربائي | البطارية فارغة وبطاقة EPROM تحتوي على إصدار أقدم من آخر تنزيل لذاكرة الوصول العشوائي | قارن تاريخ EPROM مع آخر تغيير في عملية التشغيل | انسخ ذاكرة الوصول العشوائي إلى ذاكرة القراءة فقط / نزّل البرنامج إلى EPROM بعد كل تغيير؛ استبدل البطارية

لا يُظهر التحميل أي كتل أو يُظهر مشروعًا غير مكتمل | الكتل موجودة فقط في ذاكرة العمل، أو أن وحدة التحكم بالذاكرة (MMC) تحتوي على إصدار أقدم (S7-300) | حاول التحميل من وحدة المعالجة المركزية (CPU)؛ تحقق من الكتل المدرجة | نزّل البرنامج الحالي إلى وحدة التحكم بالذاكرة (MMC) أولًا؛ ثم حمّله

فقدان البيانات المحفوظة بعد إعادة التشغيل | عدم تهيئة نطاقات الحفظ، أو قاعدة بيانات بدون سمة الاحتفاظ، أو إزالة وحدة تحكم إدارة Microsoft (MMC) عند إيقاف التشغيل (S7-300) | راجع علامة تبويب الذاكرة المحفوظة؛ قم بإجراء اختبار إعادة تشغيل مُتحكم به | قم بتهيئة نطاقات الحفظ وسمات الاحتفاظ؛ أعد التنزيل

تقارير استدعاء SFC 82/83/84: "لا توجد ذاكرة مستخدم متاحة" | امتلاء وحدة التحكم بالذاكرة الرئيسية أو الوصول إلى حد دورة الكتابة أثناء تسجيل البيانات في وقت التشغيل | تحقق من مساحة وحدة التحكم بالذاكرة الرئيسية المتاحة؛ راجع معلمات الاستدعاء | مساحة حرة على البطاقة؛ أرشفة وحذف كتل البيانات المسجلة القديمة

هناك قاعدتان عامتان تُسرّعان عملية التشخيص. أولاً، يُعدّ مخزن التشخيص الدليل الأساسي: فهو يُسجّل سبب التوقف، والطابع الزمني، والوحدة التي أطلقت الحدث، ويمكن قراءته حتى من وحدة المعالجة المركزية في وضع التوقف. ثانياً، يُفسّر التمييز بين ذاكرة التحميل وذاكرة العمل معظم حالات عدم التطابق في التحميل/التنزيل: إذا لم تكن الكتلة موجودة في ذاكرة التحميل، فلا يمكن تحميلها؛ وإذا لم تكن موجودة في ذاكرة العمل، فلا يمكن تنفيذها.

10. ممارسات الصيانة والنسخ الاحتياطي

تتبع صيانة الذاكرة على أجهزة S7-300/400 القديمة مجموعة صغيرة من القواعد التي تمنع تقريبًا كل نمط فشل في الجدول 4.

قم بعمل نسخة احتياطية قبل البدء. يجب تحميل البرنامج وتكوين الأجهزة بالكامل إلى محطة الهندسة قبل أي تنزيل، أو أي عملية على بطاقة الذاكرة، أو أي عمل على البطارية. ملف النسخة الاحتياطية هو الضمان الذي يجعل كل خطوة لاحقة قابلة للتراجع. تقوم العديد من المصانع بجدولة نسخة احتياطية جديدة بعد كل تغيير في التشغيل، وتحتفظ بالملف على خادم مع تضمين التاريخ في اسم الملف.

افحص بطارية S7-400 دوريًا. يمكنك الاطلاع على حالة البطارية في قسم "تشخيص الأجهزة / معلومات الوحدة" ضمن علامة تبويب "البطارية" في برنامج STEP 7، كما يُشير مؤشر LED الخاص ببطارية S7-400 إلى حالتها. يُساعد الفحص الشهري لمؤشر LED الخاص ببطارية S7-400 خلال الجولات الروتينية، بالإضافة إلى مراجعة علامة تبويب "البطارية" كل ثلاثة أشهر، على اكتشاف ضعف البطارية قبل أن يُؤثر على الإنتاج. يُقاس عمر البطارية بالسنوات، ولكنه يختلف باختلاف درجة الحرارة المحيطة ومدة انقطاع التيار الكهربائي، لذا فإن استبدالها بناءً على جدول زمني أقل موثوقية من استبدالها بناءً على حالة البطارية.

تعامل مع بطاقات الذاكرة متعددة الوسائط (MMC) وفقًا للتعليمات. لا يُسمح بإدخال أو