ΕΠΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗ 6ES7241-1CH30-1XB0 6ES7 241-1CH30-1XB0

Siemens 6ES7241-1CH30-1XB0 | SIMATIC S7-1200 Πλακέτα Επικοινωνίας CB 1241 — RS485, Freeport / Modbus RTU Master & Slave / USS, 300bps έως 115.2kbps, 1000m, Βιδωτός ακροδέκτης

Επισκόπηση

Η Siemens 6ES7241-1CH30-1XB0 είναι η Πλακέτα Επικοινωνίας CB 1241 RS485 — μια συμπαγής πλακέτα επέκτασης που κουμπώνει απευθείας στην μπροστινή όψη οποιασδήποτε CPU SIMATIC S7-1200 για να προσθέσει μια πλήρως λειτουργική σειριακή θύρα επικοινωνίας RS485 χωρίς να καταλαμβάνει θέση μονάδας σήματος στη ράγα DIN. Με πλάτος 38mm και βάρος 40 γραμμάρια, είναι μία από τις μικρότερες επεκτάσεις που διατίθενται για το S7-1200, και για εφαρμογές που χρειάζονται σειριακή επικοινωνία παράλληλα με την εγγενή διεπαφή Ethernet PROFINET της CPU, παρέχει ακριβώς τη σωστή δυνατότητα με τη μικρότερη δυνατή φυσική κάλυψη.

Αυτό που καθιστά την CB 1241 κάτι περισσότερο από ένα απλό τσιπ UART είναι το βάθος υποστήριξης πρωτοκόλλων που προσφέρει στο S7-1200.

Η λειτουργία Freeport επιτρέπει στο πρόγραμμα της CPU να ελέγχει άμεσα κάθε πτυχή της σειριακής επικοινωνίας — ανίχνευση χαρακτήρα έναρξης, πλαισίωση τηλεγραφημάτων, συνθήκες χρονικού ορίου και ανάλυση δεδομένων — καθιστώντας δυνατή την επικοινωνία με σχεδόν οποιαδήποτε σειριακή συσκευή που μιλάει ASCII ή δυαδικά δεδομένα σε τυπικές ταχύτητες baud.

Πάνω από αυτήν τη λειτουργία χαμηλού επιπέδου βρίσκονται έτοιμοι προς χρήση οδηγοί πρωτοκόλλων που εκτελεί το S7-1200 χωρίς ο χρήστης να χρειάζεται να υλοποιήσει το πρωτόκολλο από την αρχή: Modbus RTU (και οι δύο ρόλοι master και slave), USS για επικοινωνία με οδηγούς Siemens, και το πρωτόκολλο 3964(R) που βασίζεται σε μπλοκ και χρησιμοποιείται σε ορισμένες παλαιότερες συσκευές βιομηχανικής επικοινωνίας Siemens.

Μαζί, αυτά τα πρωτόκολλα καλύπτουν την πλειονότητα των αναγκών σειριακής επικοινωνίας που συναντώνται στην αυτοματοποίηση μηχανών και διεργασιών.

Η πλακέτα συνδέεται με την CPU μέσω της διεπαφής μπροστινού συνδετήρα που είναι ενσωματωμένη σε κάθε CPU S7-1200. Αντλεί την τάση λειτουργίας της εξ ολοκλήρου από την πίσω διαύλο της CPU (5V, 50mA) — δεν απαιτείται ξεχωριστή σύνδεση 24V.

Η θύρα RS485 συνδέεται μέσω του βιδωτού ακροδέκτη που περιλαμβάνεται στην πλακέτα, ο οποίος συνδέεται με το καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους που οδηγεί στο δίκτυο RS485.

Παρέχεται τερματισμός RS485 βραχυκυκλώνοντας συγκεκριμένες ακίδες ακροδεκτών (TB προς T/RB και TA προς T/RA) — η αποτελεσματική αντίσταση τερματισμού γίνεται 127Ω, κατάλληλη για τερματισμό άκρου δικτύου RS485.

Βασικές Προδιαγραφές

Λειτουργία Freeport — Προσαρμοσμένη Υλοποίηση Σειριακού Πρωτοκόλλου

Η λειτουργία Freeport είναι η πιο ευέλικτη λειτουργία της CB 1241 και αυτή που καθιστά την πλακέτα προσαρμόσιμη σε σχεδόν οποιαδήποτε σειριακή συσκευή.

Στη λειτουργία Freeport, το πρόγραμμα της CPU S7-1200 αναλαμβάνει τον πλήρη έλεγχο της σειριακής θύρας — καθορίζει την ταχύτητα baud, την ισοτιμία και τις ρυθμίσεις των bit διακοπής, και στη συνέχεια στέλνει και λαμβάνει απευθείας ακατέργαστα δεδομένα χρησιμοποιώντας το σύνολο εντολών SEND_PTP και RCV_PTP (ή MSG_SEND / MSG_RCV στο TIA Portal).

Η πρακτική εφαρμογή είναι η ενσωμάτωση με συσκευές που δεν υλοποιούν τυποποιημένο βιομηχανικό πρωτόκολλο: σαρωτές barcode που εξάγουν συμβολοσειρές κώδικα ASCII όταν διαβάζεται μια ετικέτα, τερματικά ζύγισης που αναφέρουν τιμές βάρους σε ιδιόκτητη μορφή, αναγνώστες RFID που επιβεβαιώνουν εντολές με συγκεκριμένες ακολουθίες byte, εκτυπωτές ετικετών που λαμβάνουν συμβολοσειρές μορφής ZPL ή EPL, και όργανα συλλογής δεδομένων που χρησιμοποιούν ιδιόκτητα πρωτόκολλα εντολών/απόκρισης.

Για καθεμία από αυτές, ο προγραμματιστής ορίζει την ακριβή ακολουθία επικοινωνίας στο πρόγραμμα S7-1200 χρησιμοποιώντας εντολές Freeport, αντιμετωπίζοντας τη σειριακή θύρα ως ροή byte αντί για στοίβα πρωτοκόλλου.

Το μέγιστο μήκος τηλεγραφήματος Freeport 1 kByte καλύπτει τη συνήθη περίπτωση εκτύπωσης δεδομένων ετικετών μεταβλητού μήκους (έως περίπου 1000 χαρακτήρες ανά ετικέτα) ή λήψης συμβολοσειρών δεδομένων μέτρησης χωρίς προβλήματα πλαισίωσης.

Για εφαρμογές που απαιτούν μεγαλύτερα μεμονωμένα μηνύματα, το πρόγραμμα μπορεί να χωρίσει τη μετάδοση σε πολλαπλές κλήσεις εντολών.

Modbus RTU — Master και Slave σε μία πλακέτα

Το Modbus RTU είναι το πιο ευρέως διαδεδομένο πρωτόκολλο σειριακής επικοινωνίας στη βιομηχανική αυτοματοποίηση παγκοσμίως. Η απλότητα, η ανοιχτότητά του και η υποστήριξη συσκευών το καθιστούν την προεπιλεγμένη επιλογή για τη διασύνδεση συστημάτων αυτοματισμού με όργανα, μετρητές, οδηγούς και αισθητήρες από σχεδόν κάθε κατασκευαστή.

Η CB 1241 υποστηρίζει και τους δύο ρόλους Modbus RTU Master (το S7-1200 ερωτά άλλες συσκευές) και Modbus RTU Slave (το S7-1200 απαντά σε ερωτήματα άλλου master):

Modbus RTU Master: Η CPU S7-1200 ξεκινά όλη την επικοινωνία, στέλνοντας αιτήματα κωδικού λειτουργίας (ανάγνωση καταχωρητών συγκράτησης, ανάγνωση καταχωρητών εισόδου, εγγραφή μεμονωμένων/πολλαπλών καταχωρητών, ανάγνωση πηνίων, εγγραφή πηνίων) σε έως και 247 συσκευές slave στο δίαυλο RS485.

Στην πράξη, το όριο μήκους καλωδίου 1000m και οι παράγοντες θορύβου είναι πιο περιοριστικοί από τον χώρο διευθύνσεων.

Συνήθεις εφαρμογές master περιλαμβάνουν την ανάγνωση μετρητών ενέργειας (καταχωρητές ισχύος, ρεύματος, τάσης), την εντολή οδηγών μεταβλητής ταχύτητας (έλεγχος ρύθμισης και ενεργοποίησης/απενεργοποίησης μέσω εγγραφών Modbus) και τη συλλογή δεδομένων από κατανεμημένους αισθητήρες και πομπούς.

Modbus RTU Slave: Η S7-1200 απαντά σε αιτήματα ανάγνωσης/εγγραφής ενός master Modbus έναντι ενός καθορισμένου χάρτη καταχωρητών στη μνήμη δεδομένων της CPU.

Αυτό επιτρέπει την ανταλλαγή δεδομένων με συστήματα SCADA, διακομιστές HMI, συστήματα διαχείρισης ενέργειας και άλλους ελεγκτές αυτοματισμού που υλοποιούν δυνατότητα master Modbus — η S7-1200 εμφανίζεται ως τυπική συσκευή Modbus σε οποιοδήποτε από αυτά.

Το εύρος διευθύνσεων Modbus 1–49.999 καλύπτει τόσο την τυπική διευθυνσιοδότηση Modbus που χρησιμοποιείται από τις περισσότερες συσκευές όσο και το εκτεταμένο εύρος που χρησιμοποιείται από ορισμένα συστήματα SCADA.

Το περιβάλλον προγραμματισμού TIA Portal παρέχει μπλοκ εντολών MODBUS_MASTER και MODBUS_SLAVE με σαφώς καθορισμένες παραμέτρους για αντιστοίχιση διευθύνσεων καταχωρητών, χειριστές σύνδεσης και αναφορά σφαλμάτων.

Πρωτόκολλο USS για Έλεγχο Οδηγών Siemens

Η υποστήριξη πρωτοκόλλου USS (Universal Serial Interface) είναι ένα άμεσο όφελος για εγκαταστάσεις όπου οι CPU S7-1200 ελέγχουν οδηγούς μεταβλητής ταχύτητας Siemens — MICROMASTER 420/440, SINAMICS G110, G120C, V20 και V90 — που διαθέτουν διεπαφές RS485 USS.

Το USS επιτρέπει στο S7-1200 να διαβάζει και να γράφει παραμέτρους οδηγού, να εντολώνει τη λέξη ελέγχου του οδηγού (ενεργοποίηση/απενεργοποίηση, κατεύθυνση, ρύθμιση ταχύτητας) και να διαβάζει τη λέξη κατάστασης και την πραγματική τιμή ταχύτητας — όλα μέσω του ίδιου καλωδίου RS485 που μεταφέρει την σειριακή επικοινωνία της CB 1241.

Ένα μόνο δίκτυο RS485 με μία CB 1241 μπορεί να απευθυνθεί σε έως και 31 οδηγούς πρωτοκόλλου USS ταυτόχρονα (το πρωτόκολλο USS υποστηρίζει διευθύνσεις 0–30), με το πρόγραμμα S7-1200 να ερωτά κάθε οδηγό διαδοχικά.

Το TIA Portal παρέχει αποκλειστικά μπλοκ εντολών USS (USS_DRIVE, USS_RPM, USS_WPM) που χειρίζονται τον χρονισμό του πρωτοκόλλου και την πλαισίωση δεδομένων, αφήνοντας τον προγραμματιστή να εργάζεται στο επίπεδο των αριθμών παραμέτρων οδηγού και των φυσικών τιμών αντί για ακατέργαστες ακολουθίες byte.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε1: Μπορούν η μονάδα επικοινωνίας CB 1241 RS485 και η μονάδα επικοινωνίας CM 1241 RS422/485 να χρησιμοποιηθούν ταυτόχρονα στην ίδια CPU S7-1200;

Ναι. Η CB 1241 (αυτή η πλακέτα) κουμπώνει στην μπροστινή όψη της CPU και δεν καταναλώνει θέση μονάδας σήματος.

Η CM 1241 (μια μονάδα επικοινωνίας τοποθετημένη σε ράγα DIN) καταλαμβάνει μια θέση μονάδας στην επέκταση ράγας του S7-1200.

Και οι δύο μπορούν να εγκατασταθούν και να λειτουργήσουν ανεξάρτητα στην ίδια CPU, παρέχοντας δύο ξεχωριστές θύρες RS485 για εφαρμογές που χρειάζονται δύο ταυτόχρονες σειριακές συνδέσεις — για παράδειγμα, μία θύρα για Modbus RTU σε όργανα διεργασιών και μία δεύτερη για επικοινωνία οδηγών USS.

Ε2: Αναφέρονται οι διευθύνσεις Modbus 1–49.999. Σημαίνει αυτό ότι υποστηρίζονται επίσης διευθύνσεις καταχωρητών Modbus πέρα από το τυπικό 0–65.535;

Το εύρος 1–49.999 αναφέρεται στις διευθύνσεις σταθμών slave Modbus (διευθύνσεις κόμβων) στις οποίες μπορεί να στοχεύσει η CB 1241 σε λειτουργία Modbus RTU Master.

Αυτό είναι ένα ασυνήθιστα μεγάλο εύρος διευθύνσεων κόμβων — το τυπικό Modbus RTU υποστηρίζει έως και 247 κόμβους (διευθύνσεις 1–247), ενώ το ανώτατο όριο 49.999 επεκτείνεται στον χώρο που χρησιμοποιείται από ορισμένες υλοποιήσεις SCADA με εκτεταμένη διευθυνσιοδότηση. 

Το εύρος διευθύνσεων καταχωρητών Modbus (οι διευθύνσεις δεδομένων εντός κάθε slave, όπως οι καταχωρητές συγκράτησης 40001–49999 στην παραδοσιακή σημειογραφία διευθύνσεων Modbus) είναι ανεξάρτητο και συμμορφώνεται με την τυπική προδιαγραφή Modbus.

Οι τυπικές λειτουργίες ανάγνωσης και εγγραφής καταχωρητών Modbus λειτουργούν στις κανονικές διευθύνσεις καταχωρητών με δείκτη 0, όπως ορίζονται από την προδιαγραφή Modbus.

Ε3: Το εύρος τάσης κοινού τρόπου RS485 είναι −7V έως +12V για 1 δευτερόλεπτο. Σημαίνει αυτό ότι η θύρα δεν είναι απομονωμένη από την CPU;

Η προδιαγραφή 500VAC (1 λεπτό) μεταξύ της θύρας RS485 και του πίσω διαύλου της CPU επιβεβαιώνει ότι παρέχεται ηλεκτρική απομόνωση — η γείωση RS485 είναι απομονωμένη από την εσωτερική γείωση της CPU μέσω γαλβανικού φράγματος.

Το εύρος τάσης κοινού τρόπου (−7V έως +12V) περιγράφει το εύρος λειτουργίας της ίδιας της διεπαφής RS485 σε σχέση με τη δική της γείωση αναφοράς, η οποία είναι η τυπική προδιαγραφή κοινού τρόπου RS485 (πρότυπο RS-485: −7V έως +12V). Αυτό είναι ξεχωριστό από την απομόνωση μεταξύ της γείωσης RS485 και του πίσω διαύλου της CPU.

Ε4: Ποιος είναι ο μέγιστος αριθμός συσκευών slave Modbus που μπορούν να συνδεθούν σε μία CB 1241;

Το πρότυπο RS485 υποστηρίζει έως και 32 φορτία μονάδας (ισοδύναμο με 32 τυπικές εισόδους δέκτη) ανά τμήμα χωρίς επαναλήπτες.

Στην πράξη, οι περισσότερες σύγχρονες συσκευές slave Modbus χρησιμοποιούν δέκτες 1/8 φορτίου μονάδας, επιτρέποντας έως και 256 συσκευές ανά τμήμα ηλεκτρικά. 

Ωστόσο, το πρωτόκολλο Modbus RTU περιορίζει το δίκτυο σε 247 διευθύνσεις slave (1–247), και πρακτικοί παράγοντες — μήκος καλωδίου (1000m μέγ.), χρόνος κύκλου επικοινωνίας και απαιτήσεις χρόνου απόκρισης εφαρμογής — συνήθως περιορίζουν τα αποτελεσματικά δίκτυα σε 20–50 συσκευές ανά θύρα. Κάθε κύκλος ερωτήσεων Modbus που εκτελεί η CB 1241 είναι διαδοχικός (μία συσκευή τη φορά), οπότε η προσθήκη περισσότερων slaves αυξάνει τον συνολικό χρόνο κύκλου για όλες τις συσκευές.

Ε5: Πώς διαμορφώνεται η CB 1241 RS485 στο TIA Portal και απαιτείται επιπλέον άδεια ή λογισμικό;

Η CB 1241 διαμορφώνεται απευθείας εντός του TIA Portal Basic ή Professional (V11 ή νεότερη έκδοση) χωρίς επιπλέον άδεια.

Στο TIA Portal, η CB 1241 εμφανίζεται στον κατάλογο υλικού και προστίθεται στη διαμόρφωση συσκευής του S7-1200 τοποθετώντας την στη θέση της μπροστινής όψης της CPU.

Οι παράμετροι θύρας (ταχύτητα baud, ισοτιμία, bit διακοπής) διαμορφώνονται στις ιδιότητες της μονάδας. 

Η διαμόρφωση σε επίπεδο πρωτοκόλλου (Modbus, USS) γίνεται μέσω των αντίστοιχων μπλοκ εντολών και των παραμέτρων τους στο πρόγραμμα χρήστη.

Δεν απαιτείται ξεχωριστή άδεια λογισμικού επικοινωνίας — τα μπλοκ εντολών Modbus RTU και USS περιλαμβάνονται στην τυπική εγκατάσταση του TIA Portal.