صفحه ارتباطات 6ES7241-1CH30-1XB0 6ES7 241-1CH30-1XB0 6ES7241-1CH3O-1XBO

Siemens 6ES7241-1CH30-1XB0 | SIMATIC S7-1200 Communication Board CB 1241 — RS485، Freeport / Modbus RTU Master & Slave / USS، 300bps تا 115.2kbps، 1000m، ترمینال پیچی

مرور کلی

Siemens 6ES7241-1CH30-1XB0 برد ارتباطی CB 1241 RS485 است — یک برد پلاگین فشرده که مستقیماً روی نمای جلوی هر CPU SIMATIC S7-1200 نصب می‌شود تا یک پورت ارتباط سریال RS485 کاملاً کاربردی را اضافه کند بدون اینکه اسلات ماژول سیگنال را در ریل دین اشغال کند. با عرض 38 میلی‌متر و وزن 40 گرم، یکی از کوچکترین افزونه‌های موجود برای S7-1200 است و برای برنامه‌هایی که به ارتباط سریال در کنار رابط اترنت PROFINET بومی CPU نیاز دارند، قابلیت مناسب را در کوچکترین فضای فیزیکی ممکن فراهم می‌کند.

آنچه CB 1241 را فراتر از یک تراشه UART ساده می‌سازد، عمق پشتیبانی پروتکل است که به S7-1200 می‌آورد.

حالت Freeport به برنامه CPU اجازه می‌دهد تا تمام جنبه‌های ارتباط سریال را مستقیماً کنترل کند — تشخیص کاراکتر شروع، قاب‌بندی تلگراف، شرایط مهلت زمانی و تجزیه داده‌ها — که امکان برقراری ارتباط با تقریباً هر دستگاه سریالی را که با نرخ باود استاندارد ASCII یا داده‌های باینری صحبت می‌کند، فراهم می‌کند.

بالاتر از این حالت سطح پایین، درایورهای پروتکل آماده استفاده قرار دارند که S7-1200 بدون نیاز به پیاده‌سازی پروتکل از ابتدا توسط کاربر اجرا می‌کند: Modbus RTU (هم نقش اصلی و هم نقش برده)، USS برای ارتباط درایو زیمنس، و پروتکل مبتنی بر بلوک 3964(R) که در برخی دستگاه‌های ارتباط صنعتی قدیمی‌تر زیمنس استفاده می‌شود.

این پروتکل‌ها با هم نیازهای ارتباط سریال را که در اتوماسیون ماشین و فرآیند با آن‌ها مواجه می‌شویم، پوشش می‌دهند.

برد از طریق رابط کانکتور جلویی که در هر CPU S7-1200 تعبیه شده است به CPU متصل می‌شود. تمام توان عملیاتی خود را از گذرگاه بک‌پلین CPU (5 ولت، 50 میلی‌آمپر) می‌گیرد — نیازی به اتصال 24 ولت جداگانه نیست.

پورت RS485 خود از طریق بلوک ترمینال پیچی که با برد ارائه می‌شود، متصل می‌شود که به کابل زوج تابیده شده که به شبکه RS485 می‌رود، سیم‌کشی می‌شود.

پایان‌دهی RS485 با اتصال کوتاه پین‌های ترمینال خاص (TB به T/RB و TA به T/RA) فراهم می‌شود — مقاومت پایان‌دهی مؤثر 127 اهم می‌شود که برای پایان‌دهی نقطه پایانی شبکه RS485 مناسب است.

مشخصات کلیدی

حالت Freeport — پیاده‌سازی پروتکل سریال سفارشی

Freeport انعطاف‌پذیرترین حالت عملیاتی CB 1241 است و حالتی است که برد را برای تقریباً هر دستگاه سریالی سازگار می‌کند.

در حالت Freeport، برنامه CPU S7-1200 کنترل کامل پورت سریال را در دست می‌گیرد — نرخ باود، برابری و تنظیمات بیت توقف را تعیین می‌کند و سپس داده‌های خام را مستقیماً با استفاده از مجموعه دستورالعمل‌های SEND_PTP و RCV_PTP (یا MSG_SEND / MSG_RCV در TIA Portal) ارسال و دریافت می‌کند.

کاربرد عملی آن ادغام با دستگاه‌هایی است که پروتکل صنعتی استاندارد را پیاده‌سازی نمی‌کنند: اسکنرهای بارکد که هنگام خواندن برچسب رشته‌های کد ASCII را خروجی می‌دهند، پایانه‌های توزین که مقادیر وزن را در قالبی اختصاصی گزارش می‌دهند، خواننده‌های RFID که به دستورات با دنباله‌های بایت خاص پاسخ می‌دهند، چاپگرهای برچسب که رشته‌های فرمت ZPL یا EPL را دریافت می‌کنند، و ابزارهای جمع‌آوری داده که از پروتکل‌های سفارشی فرمان/پاسخ استفاده می‌کنند.

برای هر یک از این موارد، برنامه‌نویس توالی ارتباط دقیق را در برنامه S7-1200 با استفاده از دستورالعمل‌های Freeport تعریف می‌کند و پورت سریال را به عنوان یک جریان بایت در نظر می‌گیرد تا یک پشته پروتکل.

حداکثر طول تلگراف Freeport 1 کیلوبایت، مورد رایج چاپ داده‌های برچسب با طول متغیر (تا حدود 1000 کاراکتر در هر برچسب) یا دریافت رشته‌های داده اندازه‌گیری بدون مشکل قاب‌بندی را پوشش می‌دهد.

برای برنامه‌هایی که به پیام‌های فردی طولانی‌تر نیاز دارند، برنامه می‌تواند انتقال را در چندین فراخوانی دستورالعمل تقسیم کند.

Modbus RTU — Master و Slave در یک برد

Modbus RTU پرکاربردترین پروتکل ارتباط سریال در اتوماسیون صنعتی در سطح جهانی است. سادگی، باز بودن و پشتیبانی دستگاه آن را به انتخاب پیش‌فرض برای رابط سیستم‌های اتوماسیون با ابزارها، کنتورها، درایوها و سنسورها از تقریباً هر سازنده‌ای تبدیل کرده است.

CB 1241 از هر دو نقش Modbus RTU Master (S7-1200 دستگاه‌های دیگر را نظرسنجی می‌کند) و Modbus RTU Slave (S7-1200 به پرس‌وجوهای یک Master دیگر پاسخ می‌دهد) پشتیبانی می‌کند:

Modbus RTU Master: CPU S7-1200 تمام ارتباطات را آغاز می‌کند و درخواست‌های کد تابع (خواندن رجیسترهای نگهداری، خواندن رجیسترهای ورودی، نوشتن رجیسترهای تکی/چندگانه، خواندن کویل‌ها، نوشتن کویل‌ها) را به حداکثر 247 دستگاه برده در گذرگاه RS485 ارسال می‌کند.

در عمل، محدودیت طول کابل 1000 متر و ملاحظات نویز محدودکننده‌تر از فضای آدرس هستند.

کاربردهای رایج Master شامل خواندن کنتورهای انرژی (رجیسترهای توان، جریان، ولتاژ)، فرمان دادن به درایوهای با سرعت متغیر (تنظیم نقطه و کنترل فعال/غیرفعال از طریق نوشتن رجیستر Modbus) و جمع‌آوری داده از سنسورها و فرستنده‌های توزیع شده است.

Modbus RTU Slave: S7-1200 به درخواست‌های خواندن/نوشتن یک Master Modbus در برابر یک نقشه رجیستر تعریف شده در حافظه داده CPU پاسخ می‌دهد.

این امر تبادل داده با سیستم‌های SCADA، سرورهای HMI، سیستم‌های مدیریت انرژی و سایر کنترل‌کننده‌های اتوماسیون را که قابلیت Master Modbus را پیاده‌سازی می‌کنند، امکان‌پذیر می‌سازد — S7-1200 برای هر یک از آن‌ها به عنوان یک دستگاه Modbus استاندارد ظاهر می‌شود.

محدوده آدرس Modbus 1–49,999 هم آدرس‌دهی استاندارد Modbus که توسط اکثر دستگاه‌ها استفاده می‌شود و هم محدوده گسترده‌ای را که توسط برخی سیستم‌های SCADA با آدرس‌دهی گسترده استفاده می‌شود، پوشش می‌دهد.

محیط برنامه‌نویسی TIA Portal بلوک‌های دستورالعمل MODBUS_MASTER و MODBUS_SLAVE را با پارامترهای به وضوح تعریف شده برای نگاشت آدرس رجیستر، دستگیره‌های اتصال و گزارش خطا ارائه می‌دهد.

پروتکل USS برای کنترل درایو زیمنس

پشتیبانی از پروتکل USS (رابط سریال جهانی) یک مزیت مستقیم برای تاسیساتی است که در آن‌ها CPUهای S7-1200 درایوهای سرعت متغیر زیمنس — MICROMASTER 420/440، SINAMICS G110، G120C، V20 و V90 — را که دارای رابط‌های RS485 USS هستند، کنترل می‌کنند.

USS به S7-1200 اجازه می‌دهد تا پارامترهای درایو را بخواند و بنویسد، کلمه کنترل درایو (فعال/غیرفعال، جهت، نقطه تنظیم سرعت) را فرمان دهد و کلمه وضعیت و مقدار سرعت واقعی را بخواند — همه از طریق همان کابل RS485 که ارتباط سریال CB 1241 را حمل می‌کند.

یک شبکه RS485 واحد با یک CB 1241 می‌تواند تا 31 درایو با پروتکل USS را به طور همزمان آدرس‌دهی کند (پروتکل USS از آدرس‌های 0 تا 30 پشتیبانی می‌کند)، با برنامه S7-1200 که هر درایو را به طور متوالی نظرسنجی می‌کند.

TIA Portal بلوک‌های دستورالعمل اختصاصی USS (USS_DRIVE، USS_RPM، USS_WPM) را ارائه می‌دهد که زمان‌بندی پروتکل و قاب‌بندی داده را مدیریت می‌کنند و برنامه‌نویس را قادر می‌سازند تا به جای دنباله‌های بایت خام، در سطح شماره پارامتر درایو و مقادیر فیزیکی کار کند.

سوالات متداول

س1: آیا می‌توان از ماژول ارتباطی CB 1241 RS485 و CM 1241 RS422/485 به طور همزمان روی یک CPU S7-1200 استفاده کرد؟

بله. CB 1241 (این برد) روی نمای جلوی CPU نصب می‌شود و اسلات ماژول سیگنال را اشغال نمی‌کند.

CM 1241 (یک ماژول ارتباطی نصب شده روی ریل دین) یک اسلات ماژول را در افزونه رک S7-1200 اشغال می‌کند.

هر دو را می‌توان روی یک CPU نصب و به طور مستقل کار کرد و دو پورت RS485 جداگانه را برای برنامه‌هایی که به دو اتصال سریال همزمان نیاز دارند، فراهم می‌کند — به عنوان مثال، یک پورت برای Modbus RTU به ابزارهای فرآیند و یک پورت دوم برای ارتباط درایو USS.

س2: آدرس‌های Modbus 1–49,999 ذکر شده است. آیا این بدان معناست که آدرس‌های رجیستر Modbus فراتر از استاندارد 0–65,535 نیز پشتیبانی می‌شوند؟

محدوده 1–49,999 به آدرس‌های ایستگاه برده Modbus (آدرس‌های گره) اشاره دارد که CB 1241 می‌تواند در حالت Modbus RTU Master هدف قرار دهد.

این یک محدوده آدرس گره غیرمعمول بزرگ است — Modbus RTU استاندارد تا 247 گره (آدرس‌های 1–247) را پشتیبانی می‌کند، در حالی که حد بالای 49,999 به محدوده‌ای که توسط برخی پیاده‌سازی‌های SCADA با آدرس‌دهی گسترده استفاده می‌شود، گسترش می‌یابد. 

محدوده آدرس رجیستر Modbus (آدرس‌های داده در هر برده، مانند رجیسترهای نگهداری 40001–49999 در نماد آدرس‌دهی سنتی Modbus) مستقل است و با مشخصات استاندارد Modbus مطابقت دارد.

توابع استاندارد خواندن و نوشتن رجیستر Modbus بر روی آدرس‌های رجیستر معمولی با شاخص 0 که توسط مشخصات Modbus تعریف شده‌اند، عمل می‌کنند.

س3: محدوده ولتاژ حالت مشترک RS485 برای 1 ثانیه 7- تا 12+ ولت است. آیا این بدان معناست که پورت از CPU جدا نشده است؟

مشخصات 500VAC (1 دقیقه) بین پورت RS485 و گذرگاه بک‌پلین CPU تأیید می‌کند که جداسازی الکتریکی فراهم شده است — زمین RS485 توسط یک مانع گالوانیکی از زمین داخلی CPU جدا شده است.

محدوده ولتاژ حالت مشترک (7- تا 12+ ولت) محدوده عملیاتی خود رابط RS485 را نسبت به مرجع زمین خود توصیف می‌کند، که مشخصات حالت مشترک استاندارد RS485 (استاندارد RS-485: 7- تا 12+ ولت) است. این از جداسازی بین زمین RS485 و بک‌پلین CPU جدا است.

س4: حداکثر تعداد دستگاه‌های برده Modbus که می‌توان به یک CB 1241 واحد متصل کرد چقدر است؟

استاندارد RS485 تا 32 بار واحد (معادل 32 ورودی گیرنده استاندارد) در هر بخش بدون تکرار کننده پشتیبانی می‌کند.

در عمل، اکثر دستگاه‌های برده Modbus مدرن از گیرنده‌های 1/8 بار واحد استفاده می‌کنند که اجازه می‌دهد تا 256 دستگاه در هر بخش از نظر الکتریکی متصل شوند. 

با این حال، پروتکل Modbus RTU شبکه را به 247 آدرس برده (1–247) محدود می‌کند، و عوامل عملی — طول کابل (حداکثر 1000 متر)، زمان چرخه ارتباطات، و الزامات زمان پاسخ برنامه — معمولاً شبکه‌های مؤثر را به 20 تا 50 دستگاه در هر پورت محدود می‌کنند. هر چرخه نظرسنجی Modbus که CB 1241 انجام می‌دهد متوالی است (یک دستگاه در هر زمان)، بنابراین افزودن برده‌های بیشتر زمان کل چرخه را برای همه دستگاه‌ها افزایش می‌دهد.

س5: چگونه CB 1241 RS485 در TIA Portal پیکربندی می‌شود و آیا به مجوز یا نرم‌افزار اضافی نیاز است؟

CB 1241 مستقیماً در TIA Portal Basic یا Professional (V11 یا بالاتر) بدون هیچ مجوز اضافی پیکربندی می‌شود.

در TIA Portal، CB 1241 در کاتالوگ سخت‌افزار ظاهر می‌شود و با کشیدن آن روی موقعیت نمای جلوی CPU به پیکربندی دستگاه S7-1200 اضافه می‌شود.

پارامترهای پورت (نرخ باود، برابری، بیت‌های توقف) در خصوصیات ماژول پیکربندی می‌شوند. 

پیکربندی سطح پروتکل (Modbus، USS) از طریق بلوک‌های دستورالعمل مربوطه و پارامترهای آن‌ها در برنامه کاربر مدیریت می‌شود.

هیچ مجوز نرم‌افزار ارتباطی جداگانه‌ای مورد نیاز نیست — بلوک‌های دستورالعمل Modbus RTU و USS در نصب استاندارد TIA Portal گنجانده شده‌اند.