Συμπληρωματικές διατάξεις για την υποστήριξη των συστημάτων ηλεκτρονικής επικοινωνίας

Siemens 6ES7341-1CH02-0AE0 | SIMATIC S7-300 CP 341 — Επεξεργαστής σειριακών επικοινωνιών RS422/485, 0,3–115,2 kbit/s, ASCII / 3964(R) / RK512 / Modbus RTU, Υποδοχή Sub-D 15 ακίδων, Περιλαμβάνει CD διαμόρφωσης

Επισκόπηση

Το Siemens 6ES7341-1CH02-0AE0 είναι το CP 341 με διεπαφή RS422/485 — η μονάδα σειριακών επικοινωνιών που προσθέτει μια αποκλειστική βιομηχανική σειριακή θύρα στον PLC SIMATIC S7-300.

Το CP 341 ήταν η τυπική λύση για τις απαιτήσεις σειριακών επικοινωνιών του S7-300 που η ενσωματωμένη διεπαφή MPI/PROFIBUS της CPU δεν μπορούσε να καλύψει: σύνδεση με τερματικό ζύγισης που χρησιμοποιεί Modbus RTU, ανταλλαγή δεδομένων με σαρωτή barcode μέσω RS485, έλεγχος σειριακού εκτυπωτή για καταγραφή παραγωγής ή επικοινωνία με παλιό ενισχυτή κίνησης που προηγείται των πρωτοκόλλων fieldbus.

Η πρακτική ανάγκη που καλύπτει το CP 341 είναι ότι τα περισσότερα βιομηχανικά περιβάλλοντα περιέχουν ένα μείγμα τεχνολογιών επικοινωνίας. Οι σύγχρονες συσκευές PROFIBUS DP και PROFINET συνδέονται απρόσκοπτα στις εγγενείς διεπαφές του S7-300.

Όμως, δεν είναι τα πάντα σε ένα εργοστάσιο σύγχρονα — ακόμη και σε νέες εγκαταστάσεις, πολλές συσκευές πεδίου (αναγνώστες barcode, ζυγαριές, εκτυπωτές ετικετών, συστήματα ζύγισης, ελεγκτές θερμοκρασίας, μετρητές ενέργειας) επικοινωνούν μέσω RS485 Modbus RTU ή απλού σειριακού ASCII, όχι PROFIBUS ή Ethernet.

Για κάθε μία από αυτές τις συσκευές που χρειάζεται να ανταλλάξει δεδομένα με το S7-300, το CP 341 παρέχει την ηλεκτρική διεπαφή και τη διαχείριση πρωτοκόλλου — αποφορτίζοντας την επεξεργασία σειριακών επικοινωνιών από την CPU, ώστε η ανταλλαγή σειριακών δεδομένων να μην καταλαμβάνει χρόνο σάρωσης της CPU.

Η φυσική διεπαφή RS422/RS485 (X.27) υποστηρίζει τόσο λειτουργία full-duplex (RS422, τεσσάρων καλωδίων: ξεχωριστά ζεύγη μετάδοσης και λήψης) όσο και half-duplex (RS485, δύο καλωδίων: κοινό ζεύγος μετάδοσης/λήψης).

Το RS422 full-duplex χρησιμοποιείται για συνδέσεις σημείο-προς-σημείο όπου απαιτείται η μέγιστη απόσταση καλωδίου και τα οφέλη ανοσίας σε θόρυβο της διαφορικής μετάδοσης τεσσάρων καλωδίων, και όπου τα πρωτόκολλα 3964(R) και RK512 είναι εφαρμόσιμα.

Το RS485 half-duplex υποστηρίζει διαμορφώσεις πολλαπλών σταθμών (multi-drop bus) — συνδέοντας το S7-300 CP 341 ως έναν κόμβο μεταξύ πολλαπλών συσκευών που μοιράζονται την ίδια δίκαλη γραμμή — η οποία είναι η τοπολογία που απαιτείται για δίκτυα Modbus RTU και διαμορφώσεις ASCII πολλαπλών συσκευών.

Βασικές Προδιαγραφές

Σουίτα Πρωτοκόλλων — Τέσσερις Λειτουργίες Επικοινωνίας

ASCII είναι το απλούστερο πρωτόκολλο — το CP 341 μεταδίδει και λαμβάνει συμβολοσειρές ASCII με ρυθμιζόμενους χαρακτήρες έναρξης/λήξης, μήκος δεδομένων και ισοτιμία.

Η λειτουργία ASCII είναι κατάλληλη για συσκευές που επικοινωνούν με κείμενο αναγνώσιμο από άνθρωπο: αναγνώστες barcode που εξάγουν συμβολοσειρές κωδικών, τερματικά ζύγισης που μεταδίδουν αναγνώσεις σε μορφή ASCII, σειριακούς εκτυπωτές και οποιαδήποτε συσκευή χρησιμοποιεί ένα απλό πρωτόκολλο βασισμένο σε κείμενο. 

Το ASCII λειτουργεί τόσο με συνδέσεις RS422 όσο και RS485 και σε ολόκληρο το εύρος ταχύτητας 0,3–115,2 kbit/s.

3964(R) (μόνο σε RS422) είναι ένα πρωτόκολλο σημείο-προς-σημείο σχεδιασμένο για επικοινωνία PLC-προς-PLC και PLC-προς-περιφερειακή συσκευή.

Προσθέτει μεταφορά μπλοκ με κεφαλίδα, επιβεβαίωση τέλους κειμένου και ανίχνευση σφαλμάτων σε μια σειριακή σύνδεση, παρέχοντας αξιόπιστη, δομημένη ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ δύο άκρων. Το 3964(R) είναι το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται από την ιστορική σύνδεση σημείο-προς-σημείο του SIMATIC S5 και παραμένει σχετικό για επικοινωνία με παλιό εξοπλισμό Siemens.

RK 512 (μόνο σε RS422) είναι ένα πρωτόκολλο αίτησης-απόκρισης που υποστηρίζει την ανάγνωση και εγγραφή περιοχών δεδομένων σε μια απομακρυσμένη συσκευή SIMATIC S5 ή συμβατή.

Λειτουργεί ως επίπεδο πάνω από το 3964(R) και παρέχει πρόσβαση χαρτογραφημένη στη μνήμη — το πρόγραμμα της CPU S7-300 διαβάζει ή γράφει σε συγκεκριμένες διευθύνσεις δεδομένων στην απομακρυσμένη συσκευή χρησιμοποιώντας αιτήσεις υπηρεσίας RK 512.

Αυτό το πρωτόκολλο γεφυρώνει τη σειριακή σύνδεση του CP 341 στο παλαιότερο μοντέλο ανταλλαγής δεδομένων S5.

Modbus RTU δεν είναι ενσωματωμένος οδηγός στο firmware του CP 341 — απαιτεί τη φόρτωση ενός ξεχωριστού οδηγού Modbus master (6ES7870-1AA01-0YA0) ή Modbus slave (6ES7870-1AB01-0YA0) στο CP 341.

Μόλις φορτωθεί, ο οδηγός Modbus διαχειρίζεται τη διαμόρφωση πλαισίου, τη χρονική ρύθμιση και την υλοποίηση κωδικών λειτουργίας του Modbus RTU, ενώ το πρόγραμμα της CPU S7-300 ανταλλάσσει δεδομένα μέσω της διεπαφής κοινής μνήμης του CP 341 χρησιμοποιώντας μπλοκ συναρτήσεων STEP 7.

Το Modbus RTU σε RS485 είναι το κυρίαρχο πρωτόκολλο για μετρητές ενέργειας, VFD από πολλούς κατασκευαστές, ελεγκτές θερμοκρασίας και βιομηχανικά όργανα — ο οδηγός Modbus μετατρέπει το CP 341 σε έναν ικανό Modbus master ή slave χωρίς να απαιτείται επιπλέον υλικό.

Ενσωμάτωση με το Πρόγραμμα S7-300 — P_SEND και P_RCV

Από την οπτική γωνία του προγράμματος της CPU S7-300, το CP 341 προσπελαύνεται μέσω δύο τυπικών μπλοκ συναρτήσεων από τη βιβλιοθήκη επικοινωνιών σημείο-προς-σημείο SIMATIC: P_SEND (αποστολή ενός buffer δεδομένων μέσω της σειριακής θύρας) και P_RCV (λήψη δεδομένων από τη σειριακή θύρα σε ένα buffer δεδομένων).

Αυτά τα μπλοκ καλούνται από το πρόγραμμα ladder ή structured text της CPU, καθορίζοντας την πηγή/προορισμό των δεδομένων, το μήκος των δεδομένων και τις παραμέτρους επικοινωνίας.

Το πρόγραμμα της CPU γράφει δεδομένα σε ένα buffer αποστολής στο μπλοκ δεδομένων του S7-300, καλεί το P_SEND, και το CP 341 παραλαμβάνει τα δεδομένα και τα μεταδίδει μέσω της σειριακής διεπαφής — η CPU δεν διαχειρίζεται τη χρονική ρύθμιση της σειριακής επικοινωνίας, το handshaking ή τη διαμόρφωση πλαισίου του πρωτοκόλλου.

Ομοίως, όταν φτάνουν δεδομένα στη σειριακή διεπαφή, το CP 341 τα αποθηκεύει σε buffer και σηματοδοτεί στην CPU μέσω των εξόδων κατάστασης του μπλοκ P_RCV. Η CPU διαβάζει τα ληφθέντα δεδομένα από το buffer του μπλοκ δεδομένων της. Αυτή η αρχιτεκτονική αποφορτίζει όλη την επεξεργασία σειριακών επικοινωνιών από τον κύκλο σάρωσης της CPU, διασφαλίζοντας ότι οι αργές σειριακές επικοινωνίες (με 9600 baud, 100 χαρακτήρες απαιτούν περίπου 100ms) δεν προσθέτουν ορατή καθυστέρηση στην εκτέλεση του προγράμματος της CPU.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε1: Μπορεί μια CPU S7-300 να χρησιμοποιήσει πολλαπλές μονάδες CP 341 ταυτόχρονα;

Ναι. Πολλαπλές μονάδες CP 341 μπορούν να εγκατασταθούν στο ίδιο rack S7-300 (υπό την προϋπόθεση του αριθμού θέσεων του rack και της χωρητικότητας του τροφοδοτικού), καθεμία παρέχοντας μια ανεξάρτητη σειριακή θύρα. Κάθε CP 341 καταλαμβάνει μία θέση στο rack και αντλεί ισχύ από την τροφοδοσία 24V της μονάδας και το backplane.

Η CPU προσπελαύνει κάθε CP 341 ανεξάρτητα χρησιμοποιώντας ξεχωριστές παρουσίες μπλοκ συναρτήσεων P_SEND / P_RCV, με τη διευθυνσιοδότηση να διακρίνει ποιο CP στοχεύει η ανταλλαγή δεδομένων.

Αυτό επιτρέπει σε ένα S7-300 να διατηρεί ταυτόχρονα πολλαπλές ανεξάρτητες σειριακές συνδέσεις — μία για έναν σαρωτή barcode, μία για έναν μετρητή ενέργειας Modbus RTU, μία για έναν σειριακό εκτυπωτή — χωρίς επιπλέον υλικό.

Ε2: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των λειτουργιών RS422 και RS485 και πώς επιλέγεται η λειτουργία;

Το RS422 είναι μια διαφορική διεπαφή full-duplex τεσσάρων καλωδίων — ξεχωριστά ζεύγη καλωδίων μετάδοσης και λήψης, επιτρέποντας ταυτόχρονη αμφίδρομη επικοινωνία. Υποστηρίζει συνδέσεις σημείο-προς-σημείο σε απόσταση έως 1200m και επιτρέπει τα πρωτόκολλα 3964(R) και RK512.

Το RS485 είναι μια διαφορική διεπαφή half-duplex δύο καλωδίων — ένα κοινό ζεύγος γραμμής που εναλλάσσεται μεταξύ μετάδοσης και λήψης.

Υποστηρίζει διαμορφώσεις πολλαπλών σταθμών (πολλαπλές συσκευές σε ένα τμήμα γραμμής) και Modbus RTU, αλλά δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει 3964(R) ή RK512. 

Η λειτουργία επιλέγεται στη διαμόρφωση του CP 341 στο STEP 7 — η καλωδίωση της φυσικής υποδοχής Sub-D 15 ακίδων πρέπει να ταιριάζει με την επιλεγμένη λειτουργία (τέσσερα καλώδια για RS422, δύο καλώδια για RS485).

Ε3: Το φύλλο δεδομένων αναφέρει ρυθμούς μετάδοσης έως 115,2 kbit/s. Ο οδηγός Modbus RTU υποστηρίζει αυτήν την ταχύτητα;

Το Modbus RTU μπορεί να λειτουργήσει σε οποιονδήποτε τυπικό ρυθμό baud που υποστηρίζεται από το CP 341, συμπεριλαμβανομένων των 115,2 kbit/s. Ωστόσο, η πρακτική ταχύτητα του διαύλου Modbus RTU περιορίζεται συνήθως από τις δυνατότητες των συσκευών στο δίαυλο — πολλές συσκευές πεδίου Modbus (μετρητές ενέργειας, παλαιότεροι VFD, παλαιότερα όργανα) υποστηρίζουν μόνο έως 19,2 ή 38,4 kbit/s.

Η διαμόρφωση του CP 341 πρέπει να ρυθμιστεί σε έναν ρυθμό baud που υποστηρίζεται από όλες τις συσκευές στο δίαυλο RS485. 

Για δίκτυα πολλαπλών σταθμών RS485, θα πρέπει να επιλεγεί ο χαμηλότερος κοινός ρυθμός baud που υποστηρίζεται από όλες τις συνδεδεμένες συσκευές.

Ε4: Το CP 341 περιλαμβάνει οδηγούς Modbus στο τυπικό πακέτο ή πρέπει να αγοραστούν ξεχωριστά;

Η τυπική παράδοση του 6ES7341-1CH02-0AE0 περιλαμβάνει το CD του πακέτου διαμόρφωσης και τους ενσωματωμένους οδηγούς ASCII, 3964(R) και RK512.

Το Modbus RTU δεν περιλαμβάνεται — απαιτεί ξεχωριστά αγορασμένο λογισμικό οδηγού: αριθμός καταλόγου 6ES7870-1AA01-0YA0 για Modbus Master (RTU) και 6ES7870-1AB01-0YA0 για Modbus Slave (RTU). 

Αυτοί οι οδηγοί Modbus φορτώνονται στο CP 341 από το STEP 7 ως μέρος της διαδικασίας διαμόρφωσης υλικού.

Τόσο το Modbus όσο και οι τυπικοί οδηγοί μπορούν να συνυπάρχουν στο ίδιο CP 341 — αλλά μόνο ένα πρωτόκολλο είναι ενεργό κάθε φορά για οποιαδήποτε δεδομένη συνεδρία επικοινωνίας.

Ε5: Το CP 341 έχει καταργηθεί. Ποια είναι η τρέχουσα εναλλακτική λύση της Siemens για σειριακή επικοινωνία RS485 σε S7-300;

Η Siemens έχει καταργήσει τη σειρά CP 341. Για την τρέχουσα πλατφόρμα SIMATIC S7-300, η σειριακή επικοινωνία συνήθως διαχειρίζεται πλέον από τη μονάδα επικοινωνίας CM PtP RS422/485 (SIMATIC ET 200M) όταν λειτουργεί σε κατανεμημένη διαμόρφωση.

Για νέες σχεδιάσεις μηχανών, η Siemens συνιστά τη μετάβαση στην οικογένεια S7-1500 με τις μονάδες επικοινωνίας CM PtP (π.χ., 6ES7541-1AB00-0AB0) που παρέχουν σειριακή επικοινωνία RS422/RS485 με μπλοκ συναρτήσεων CM PtP στο TIA Portal.

Για τη συντήρηση υπαρχουσών εγκαταστάσεων CP 341 S7-300, η μονάδα παραμένει διαθέσιμη μέσω της αγοράς βιομηχανικού πλεονάσματος, και η υπηρεσία της Siemens συνεχίζει να υποστηρίζει το CP 341 εντός του κύκλου ζωής του προϊόντος S7-300.