บอร์ดสื่อสาร 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 ถึง 115.2kbps, 1000m, Screw Terminal

ภาพรวม

The Siemens 6ES7241-1CH30-1XB0 คือ CB 1241 RS485 Communication Board — บอร์ดเสียบขนาดกะทัดรัดที่เสียบเข้ากับด้านหน้าของ SIMATIC S7-1200 CPU ใดๆ เพื่อเพิ่มพอร์ตสื่อสารอนุกรม RS485 ที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์โดยไม่ต้องใช้ช่องเสียบโมดูลสัญญาณบนราง DIN ด้วยความกว้าง 38 มม. และน้ำหนัก 40 กรัม จึงเป็นหนึ่งในส่วนขยายที่เล็กที่สุดที่มีให้สำหรับ S7-1200 และสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการการสื่อสารแบบอนุกรมควบคู่ไปกับอินเทอร์เฟซ Ethernet PROFINET ดั้งเดิมของ CPU บอร์ดนี้จึงมอบความสามารถที่เหมาะสมที่สุดในพื้นที่ทางกายภาพที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

สิ่งที่ทำให้ CB 1241 เป็นมากกว่าชิป UART ธรรมดาคือความลึกของการรองรับโปรโตคอลที่นำมาสู่ S7-1200

โหมด Freeport ช่วยให้โปรแกรม CPU ควบคุมทุกแง่มุมของการสื่อสารแบบอนุกรมได้อย่างสมบูรณ์ — การตรวจจับอักขระเริ่มต้น, การจัดเฟรมโทรเลข, เงื่อนไขหมดเวลา และการแยกวิเคราะห์ข้อมูล — ทำให้สามารถสื่อสารกับอุปกรณ์อนุกรมเกือบทุกชนิดที่ใช้ข้อมูล ASCII หรือไบนารีที่อัตราการส่งข้อมูลมาตรฐาน

เหนือโหมดระดับต่ำนี้คือไดรเวอร์โปรโตคอลที่พร้อมใช้งาน ซึ่ง S7-1200 สามารถเรียกใช้งานได้โดยไม่ต้องให้ผู้ใช้สร้างโปรโตคอลขึ้นมาใหม่: Modbus RTU (ทั้งบทบาท master และ slave), USS สำหรับการสื่อสารไดรฟ์ของ Siemens และโปรโตคอลแบบบล็อก 3964(R) ที่ใช้ในอุปกรณ์สื่อสารอุตสาหกรรมของ Siemens รุ่นเก่าบางรุ่น

โปรโตคอลเหล่านี้รวมกันครอบคลุมความต้องการการสื่อสารแบบอนุกรมส่วนใหญ่ที่พบในการทำงานอัตโนมัติของเครื่องจักรและกระบวนการ

บอร์ดเชื่อมต่อกับ CPU ผ่านอินเทอร์เฟซคอนเนคเตอร์ด้านหน้าที่มีอยู่ใน S7-1200 CPU ทุกรุ่น บอร์ดจะดึงพลังงานการทำงานทั้งหมดจากบัสแบ็คเพลนของ CPU (5V, 50mA) — ไม่จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อ 24V แยกต่างหาก

พอร์ต RS485 เองเชื่อมต่อผ่านบล็อกขั้วต่อสกรูที่มาพร้อมกับบอร์ด ซึ่งเชื่อมต่อกับสายเคเบิลคู่บิดเกลียวที่วิ่งไปยังเครือข่าย RS485

การสิ้นสุด RS485 จะมีให้โดยการลัดวงจรพินขั้วต่อเฉพาะ (TB ถึง T/RB และ TA ถึง T/RA) — ความต้านทานการสิ้นสุดที่มีประสิทธิภาพจะกลายเป็น 127Ω ซึ่งเหมาะสมสำหรับการสิ้นสุดปลายทางของเครือข่าย RS485

ข้อมูลจำเพาะหลัก

โหมด Freeport — การใช้งานโปรโตคอลอนุกรมแบบกำหนดเอง

Freeport เป็นโหมดการทำงานที่ยืดหยุ่นที่สุดของ CB 1241 และเป็นโหมดที่ทำให้บอร์ดสามารถปรับใช้กับอุปกรณ์อนุกรมเกือบทุกชนิดได้

ในโหมด Freeport โปรแกรม S7-1200 CPU จะควบคุมพอร์ตอนุกรมได้อย่างสมบูรณ์ — กำหนดอัตราการส่งข้อมูล, พาริตี้ และการตั้งค่าบิตหยุด จากนั้นจึงส่งและรับข้อมูลดิบโดยตรงโดยใช้ชุดคำสั่ง SEND_PTP และ RCV_PTP (หรือ MSG_SEND / MSG_RCV ใน TIA Portal)

การใช้งานจริงคือการรวมเข้ากับอุปกรณ์ที่ไม่ใช้โปรโตคอลอุตสาหกรรมที่เป็นมาตรฐาน: เครื่องสแกนบาร์โค้ดที่ส่งสตริงรหัส ASCII เมื่ออ่านฉลาก, เทอร์มินัลชั่งน้ำหนักที่รายงานค่าที่วัดได้ในรูปแบบที่เป็นกรรมสิทธิ์, เครื่องอ่าน RFID ที่ตอบสนองต่อคำสั่งด้วยลำดับไบต์เฉพาะ, เครื่องพิมพ์ฉลากที่รับสตริงรูปแบบ ZPL หรือ EPL และเครื่องมือเก็บข้อมูลที่ใช้โปรโตคอลคำสั่ง/การตอบสนองแบบกำหนดเอง

สำหรับแต่ละกรณีเหล่านี้ โปรแกรมเมอร์จะกำหนดลำดับการสื่อสารที่แน่นอนในโปรแกรม S7-1200 โดยใช้คำสั่ง Freeport โดยปฏิบัติต่อพอร์ตอนุกรมเป็นสตรีมไบต์แทนที่จะเป็นสแต็กโปรโตคอล

ความยาวโทรเลขสูงสุดของ Freeport ที่ 1 kByte รองรับกรณีทั่วไปของการพิมพ์ข้อมูลฉลากที่มีความยาวแปรผัน (สูงสุดประมาณ 1000 อักขระต่อฉลาก) หรือการรับสตริงข้อมูลการวัดโดยไม่มีปัญหาเรื่องเฟรม

สำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการข้อความเดี่ยวที่ยาวขึ้น โปรแกรมสามารถแบ่งการส่งข้อมูลออกเป็นการเรียกใช้คำสั่งหลายครั้ง

Modbus RTU — Master และ Slave ในบอร์ดเดียว

Modbus RTU เป็นโปรโตคอลการสื่อสารแบบอนุกรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมทั่วโลก ความเรียบง่าย, ความเปิดกว้าง และการรองรับอุปกรณ์ ทำให้เป็นตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับการเชื่อมต่อระบบอัตโนมัติกับเครื่องมือ, มิเตอร์, ไดรฟ์ และเซ็นเซอร์จากผู้ผลิตเกือบทุกราย

CB 1241 รองรับทั้งบทบาท Modbus RTU Master (S7-1200 สอบถามอุปกรณ์อื่น) และ Modbus RTU Slave (S7-1200 ตอบสนองต่อการสอบถามของ master อื่น):

Modbus RTU Master: S7-1200 CPU เริ่มต้นการสื่อสารทั้งหมด, ส่งคำขอรหัสฟังก์ชัน (อ่าน holding registers, อ่าน input registers, เขียน single/multiple registers, อ่าน coils, เขียน coils) ไปยังอุปกรณ์ slave สูงสุด 247 อุปกรณ์บนบัส RS485

ในทางปฏิบัติ ข้อจำกัดความยาวสายเคเบิล 1000 ม. และข้อควรพิจารณาเรื่องสัญญาณรบกวนมีผลมากกว่าพื้นที่ที่อยู่

แอปพลิเคชัน master ทั่วไป ได้แก่ การอ่านมิเตอร์พลังงาน (registers พลังงาน, กระแส, แรงดัน), การสั่งงานไดรฟ์ความเร็วแปรผัน (การควบคุม setpoint และ enable/disable ผ่านการเขียน register Modbus) และการรวบรวมข้อมูลจากเซ็นเซอร์และทรานสมิตเตอร์แบบกระจาย

Modbus RTU Slave: S7-1200 ตอบสนองต่อคำขออ่าน/เขียนของ Modbus master กับแผนผัง register ที่กำหนดไว้ในหน่วยความจำข้อมูลของ CPU

สิ่งนี้ช่วยให้สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลกับระบบ SCADA, HMI servers, ระบบจัดการพลังงาน และตัวควบคุมระบบอัตโนมัติอื่นๆ ที่ใช้ความสามารถของ Modbus master — S7-1200 จะปรากฏเป็นอุปกรณ์ Modbus มาตรฐานสำหรับระบบเหล่านั้น

ช่วงที่อยู่ Modbus 1–49,999 ครอบคลุมทั้งที่อยู่ Modbus มาตรฐานที่ใช้อุปกรณ์ส่วนใหญ่และช่วงที่ขยายออกไปที่ใช้โดยระบบ SCADA บางระบบ

สภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรม TIA Portal มีบล็อกคำสั่ง MODBUS_MASTER และ MODBUS_SLAVE ที่มีพารามิเตอร์ที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนสำหรับการจับคู่ที่อยู่ register, การจัดการการเชื่อมต่อ และการรายงานข้อผิดพลาด

โปรโตคอล USS สำหรับการควบคุมไดรฟ์ของ Siemens

การรองรับโปรโตคอล USS (Universal Serial Interface) เป็นประโยชน์โดยตรงสำหรับการติดตั้งที่ S7-1200 CPU ควบคุมไดรฟ์ความเร็วแปรผันของ Siemens — MICROMASTER 420/440, SINAMICS G110, G120C, V20 และ V90 — ที่มีอินเทอร์เฟซ RS485 USS

USS ช่วยให้ S7-1200 สามารถอ่านและเขียนพารามิเตอร์ไดรฟ์, สั่งงาน control word ของไดรฟ์ (enable/disable, ทิศทาง, setpoint ความเร็ว) และอ่าน status word และค่าความเร็วที่แท้จริง — ทั้งหมดนี้ผ่านสายเคเบิล RS485 เดียวกันที่ใช้ในการสื่อสารแบบอนุกรมของ CB 1241

เครือข่าย RS485 เดียวที่มี CB 1241 หนึ่งตัวสามารถกำหนดที่อยู่ไดรฟ์โปรโตคอล USS ได้สูงสุด 31 ตัวพร้อมกัน (โปรโตคอล USS รองรับที่อยู่ 0–30) โดยโปรแกรม S7-1200 จะสอบถามไดรฟ์แต่ละตัวตามลำดับ

TIA Portal มีบล็อกคำสั่ง USS เฉพาะ (USS_DRIVE, USS_RPM, USS_WPM) ที่จัดการการจับเวลาโปรโตคอลและการจัดเฟรมข้อมูล ทำให้โปรแกรมเมอร์สามารถทำงานในระดับหมายเลขพารามิเตอร์ไดรฟ์และค่าทางกายภาพ แทนที่จะเป็นลำดับไบต์ดิบ

คำถามที่พบบ่อย

คำถามที่ 1: สามารถใช้ CB 1241 RS485 และโมดูลสื่อสาร CM 1241 RS422/485 พร้อมกันบน S7-1200 CPU เดียวกันได้หรือไม่?

ได้ CB 1241 (บอร์ดนี้) เสียบเข้ากับด้านหน้าของ CPU และไม่ใช้ช่องเสียบโมดูลสัญญาณ

CM 1241 (โมดูลสื่อสารแบบติดตั้งบนราง DIN) ใช้ช่องเสียบโมดูลบนส่วนขยายแร็ค S7-1200

ทั้งสองสามารถติดตั้งและทำงานได้อย่างอิสระบน CPU เดียวกัน โดยให้พอร์ต RS485 สองพอร์ตแยกกันสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการการเชื่อมต่อแบบอนุกรมสองครั้งพร้อมกัน — ตัวอย่างเช่น พอร์ตหนึ่งสำหรับ Modbus RTU กับเครื่องมือประมวลผล และอีกพอร์ตหนึ่งสำหรับการสื่อสารไดรฟ์ USS

คำถามที่ 2: มีการระบุที่อยู่ Modbus 1–49,999 หมายความว่าที่อยู่ register Modbus ก็รองรับนอกเหนือจากมาตรฐาน 0–65,535 หรือไม่?

ช่วง 1–49,999 หมายถึงที่อยู่สถานี slave ของ Modbus (ที่อยู่โหนด) ที่ CB 1241 สามารถกำหนดเป้าหมายได้ในโหมด Modbus RTU Master

นี่เป็นช่วงที่อยู่โหนดที่ใหญ่ผิดปกติ — Modbus RTU มาตรฐานรองรับโหนดสูงสุด 247 โหนด (ที่อยู่ 1–247) ในขณะที่ขีดจำกัดบนที่ 49,999 ขยายไปยังช่วงที่ใช้โดยการใช้งาน SCADA บางประเภทที่มีการกำหนดที่อยู่แบบขยาย

ช่วงที่อยู่ register Modbus (ที่อยู่ข้อมูลภายในแต่ละ slave เช่น holding registers 40001–49999 ในการแสดงที่อยู่ Modbus แบบดั้งเดิม) เป็นอิสระและเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐาน Modbus

ฟังก์ชันการอ่านและเขียน register Modbus มาตรฐานทำงานบนที่อยู่ register ที่มีดัชนี 0 ตามปกติ ตามที่กำหนดโดยข้อกำหนด Modbus

คำถามที่ 3: ช่วงแรงดันโหมดทั่วไปของ RS485 คือ −7V ถึง +12V เป็นเวลา 1 วินาที หมายความว่าพอร์ตไม่ได้แยกจาก CPU หรือไม่?

ข้อกำหนด 500VAC (1 นาที) ระหว่างพอร์ต RS485 และบัสแบ็คเพลนของ CPU ยืนยันว่ามีการแยกทางไฟฟ้า — กราวด์ RS485 ถูกแยกออกจากกราวด์ภายในของ CPU ด้วยแผงกั้นแบบกัลวานิก

ช่วงแรงดันโหมดทั่วไป (−7V ถึง +12V) อธิบายช่วงการทำงานของอินเทอร์เฟซ RS485 เองเมื่อเทียบกับแหล่งอ้างอิงกราวด์ของมัน ซึ่งเป็นข้อกำหนดโหมดทั่วไป RS485 มาตรฐาน (มาตรฐาน RS-485: −7V ถึง +12V) นี่แยกต่างหากจากการแยกระหว่างกราวด์ RS485 และแบ็คเพลนของ CPU

คำถามที่ 4: จำนวนอุปกรณ์ slave Modbus สูงสุดที่สามารถเชื่อมต่อกับ CB 1241 เดียวได้คือเท่าใด?

มาตรฐาน RS485 รองรับโหลดหน่วยสูงสุด 32 หน่วย (เทียบเท่ากับอินพุตตัวรับมาตรฐาน 32 ตัว) ต่อเซ็กเมนต์โดยไม่มีรีพีทเตอร์

ในทางปฏิบัติ อุปกรณ์ slave Modbus สมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้ตัวรับโหลดหน่วย 1/8 ทำให้สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ได้สูงสุด 256 อุปกรณ์ต่อเซ็กเมนต์ทางไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม โปรโตคอล Modbus RTU จำกัดเครือข่ายไว้ที่ 247 ที่อยู่ slave (1–247) และปัจจัยในทางปฏิบัติ — ความยาวสายเคเบิล (สูงสุด 1000 ม.), เวลาวงจรการสื่อสาร และข้อกำหนดเวลาตอบสนองของแอปพลิเคชัน — มักจะจำกัดเครือข่ายที่มีประสิทธิภาพไว้ที่ 20–50 อุปกรณ์ต่อพอร์ต แต่ละรอบการสอบถาม Modbus ที่ CB 1241 ทำนั้นเป็นแบบลำดับ (ทีละอุปกรณ์) ดังนั้นการเพิ่ม slave มากขึ้นจะเพิ่มเวลารอบทั้งหมดสำหรับอุปกรณ์ทั้งหมด

คำถามที่ 5: CB 1241 RS485 ถูกกำหนดค่าใน TIA Portal อย่างไร และต้องใช้ใบอนุญาตหรือซอฟต์แวร์เพิ่มเติมหรือไม่?

CB 1241 ถูกกำหนดค่าโดยตรงภายใน TIA Portal Basic หรือ Professional (V11 หรือใหม่กว่า) โดยไม่ต้องมีใบอนุญาตเพิ่มเติม

ใน TIA Portal, CB 1241 จะปรากฏในแคตตาล็อกฮาร์ดแวร์และถูกเพิ่มเข้าไปในการกำหนดค่าอุปกรณ์ S7-1200 โดยการลากไปวางไว้ที่ตำแหน่งด้านหน้าของ CPU

พารามิเตอร์พอร์ต (อัตราการส่งข้อมูล, พาริตี้, บิตหยุด) ถูกกำหนดค่าในคุณสมบัติของโมดูล

การกำหนดค่าระดับโปรโตคอล (Modbus, USS) จะจัดการผ่านบล็อกคำสั่งที่เกี่ยวข้องและพารามิเตอร์ของบล็อกเหล่านั้นในโปรแกรมผู้ใช้

ไม่จำเป็นต้องมีใบอนุญาตซอฟต์แวร์สื่อสารแยกต่างหาก — บล็อกคำสั่ง Modbus RTU และ USS รวมอยู่ใน TIA Portal เวอร์ชันมาตรฐานแล้ว