آموزشی

آشنایی با پروتکل های ارتباطی صنعتی

پروتکل های ارتباطی صنعتی: مقدمه ای بر Modbus:

پروتکل ارتباطی  Modbus یک ساختار پیام رسانی است که توسط Modicon در سال 1979 توسعه داده شده است.

این پروتکل برای ایجاد یک ارتباط master-slave یا client-server بین دستگاه های هوشمند استفاده می شود.

  دستگاه های هوشمند می توانند PLC، HMI، PC، سیستم های کنترل توزیع شده (DCS)، سیستم سرپرستی و گردآوری داده (SCADA) و غیره باشند. پروتکل Modbus فقط مختص صنعت مشخصی   نیست  و می تواند در صنایع وسیعی مانند اتوماسیون صنعتی ، اتوماسیون ساختمان، کنترل فرآیند، نفت و گاز، حمل و نقل و پارکینگ، کشاورزی و آبیاری، آب و فاضلاب،   داروسازی و پزشکی، material handling و غیره مورد استفاده قرار بگیرد.

پروتکل Modbus می تواند از طریق روش های ارتباط زیر عمل شود:

 
  1. Modbus RTU یا Modbus over serial
این روش یا رابط ارتباطی می تواند RS 485، RS-232، RS-422 و RS-423 باشد. به طور کلی، در این رابط، دستگاه های Modbus نیاز به سیم دریافتی (RX)، سیم فرستنده (TX)   و سیم زمین (GND) برای انتقال داده ها بین دستگاه های Modbus دارند. این رابط می تواند half duplex(سامانه نیمه دوطرفه  امکان برقراری ارتباط   در هر دو جهت را فراهم می‌کند، اما تنها در یک جهت در یک زمان (و نه به طور همزمان). برای همین هنگامی که یک دستگاه شروع به گرفتن یک سیگنال می کند، باید   تا هنگامی که فرستنده سیگنال ارسالش را به پایان برساند، صبر کند و سپس پاسخ او را بدهد. (در این حالت آنتن ها گیرنده/فرستنده هستند و هم می توانند داده ها را دریافت کنند و هم می توانند آنها را بفرستند.)   و یا full duplex(سامانه کاملاً دوطرفه (مخفف انگلیسی: FDX) برقراری ارتباط همزمان در هر دو جهت را فراهم می‌کند و برعکس ارتباط نیمه دوطرفه به دستگاه ها امکان   این را می دهد که به صورت کاملا هم زمان ارتباط برقرار کنند. به طور مثال، تلفن به ما این امکان را می دهد که در یک زمان هم حرف بزنیم و هم بشنویم، پس شبکه های   تلفن خطی، کاملا همزمان هستند. برای نمونه، می توانیم ارتباط دوطرفه را به یک خیابان دو خطه تشبیه کنیم که هر خط آن در یک جهت است و همزمان رفت و برگشت ممکن است) باشد.   به طور معمول، تمام دستگاه های هوشمند را می توان برای هر دو نیمه دوبلکس و کامل دو طرفه پیکربندی شده است.به طور معمول، تمام دستگاه های هوشمند را می توان   برای هر دو half duplex و full duplex پیکربندی کرد.  
  1. Modbus ™ TCP / IP –

در این روش ارتباطی، داده های Modbus در اطراف پروتکل های اینترنت TCP / IP

(یکی از مهم‌ترین پروتکل‌های بکار گرفته شده در شبکه‌های رایانه‌ای است. اینترنت

به عنوان بزرگترین شبکه موجود، از پروتکل نامبرده به منظور برقراری ارتباط دستگاه‌های

گوناگون بهره می‌گیرد. پروتکل، مجموعه قوانین مورد نیاز جهت قانونمند نمودن چگونگی

ارتباطات در شبکه‌های رایانه‌ای است. در مجموعه مقاله‌هایی که ارائه خواهد شد

به بررسی این پروتکل خواهیم پرداخت. در این بخش مواردی همچون: فرایند انتقال

اطلاعات، معرفی و تشریح لایه‌های پروتکل TCP/IP و چگونگی استفاده از سوکت برای ایجاد تمایز در ارتباطات، تشریح می‌گردد.) پیچیده می شوند و سپس داده ها از طریق اینترنت استاندارد انتقال می یابند. یک پورت Ethernet استاندارد RJ45(یک نوع کانکتور استاندارد برای کابل‌های شبکه و پچ کوردها است که، این کابل‌ها معمولاً به عنوان کابل‌های اترنت و شبکه شناخته می‌شوند. در انتهای کابل‌های شبکه، کانکتورهایی وجود دارد که به جک‌های RJ45 دستگاهایی

که به پروتکل اترنت مجهز هستند، متصل می‌شوند. سر انتهای کابل یا پچ کورد در

اصطلاح فنی سوکت، کانکتور یا “نری” و جک‌های دستگاه مجهز به پروتکل اترنت اصطلاحاً پورت، کی استون یا ” مادگی ” نامیده می‌شوند.  )می تواند برای اتصال دستگاه های مختلف برای انتقال داده استفاده شود. Modbus ™ TCP / IP را می توان به عنوان یک پیاده سازی باز استاندارد Modbus در پروتکل های اینترنت تعریف کرد  
  1. EtherNet / IP   – EtherNet / IP  یک پروتکل لایه / صنعتی است که براساس پشته TCP /
IP استاندارد ساخته شده است، TCP به معنای پروتکل کنترل حمل و نقل است و IP به معنای پروتکل اینترنت (IP) است. EtherNet / IP از سخت افزار استاندارد اترنت استفاده می کند و از طریق پروتکل های صنعتی مشترک (CIP) و DeviceNetو- ControlNet و پشته پروتکل TCP / IP عمل می کند. اگر چه EtherNet / IP  توسط Rockwell Automation برای کنترل Allen Bradley طراحی شده است، اکنون استانداردی باز است و توسط (Open DeviceNet Vendors Association (ODVA اداره می شود.لازم به ذکر است که گیرنده WMPR تنها از “پیام صریح( Explicit Messaging)” برای تبادل اطلاعات غیرواقعی و غیر بحرانی بین دستگاه های شبکه EtherNet / IP  استفاده می کند. Explicit Messaging با استفاده از پشته TCP / IP و request/reply یا ارتباط client/server است. client درخواستی را به سرور می فرستد و سرور به درخواست پاسخ می دهد. این درخواست می تواند به صورت طبیعی read/write باشد. در دنیای ما، دستگاه client می تواند یک ماژول اتصال دهنده فیلدبس یا یک دستگاه کنترل کننده میزبان یا هاست باشد و دستگاه سرور ماژول گیرنده WMPR است.  
  • تبادل اطلاعات بین گیرنده های بی سیم – WDRR / WMPR و کوپلرهای Fieldbus:
  1. سری WMPR: سری WMPR یک گیرنده بی سیم قابل اعتماد DIN rail
یا پانل قابل تنظیم(panel-mountable) است که می تواند 14 سیگنال دیجیتال (نوع PNP یا NPN) از سوئیچ های بی سیم را قبول کند یا 14 سیگنال آنالوگ از سنسورهای آنالوگ بی سیم را بپذیرد. گیرنده WMPR منو را از طریق استفاده از دکمه های عملکرد و یک صفحه نمایش آسان برای خواندن هدایت می کند. منوی LCD به کاربر اجازه می دهد که وضعیت گره ها را ببیند، گره ها را پیکربندی کند و قابلیت  گیرنده را به روز رسانی کند. گیرنده WMPR دارای EtherNet / IP  به عنوان پروتکل ارتباطی است. به این معناست که می تواند تمام اطلاعات مرتبط مانند وضعیت I / O گره (هر دو دیجیتال و آنالوگ)، نوع  سیگنال آنالوگ، نشانگر سطح باتری، توان فرکانسی سیگنال  رادیویی،  نوع دستگاه فلزی،نوع ترنسمیتر رادیویی، نرخ به روز رسانی حسگر، آدرس IP و غیره از طریق خروجی EtherNet / IP ™ بدست می اید. این پورت Ethernet استاندارد RJ45 دارد که باید از طریق Cat5e (جفت پیچ خورده) یا Cat 6 (استاندارد) کابل اترنت برای برقراری ارتباط داده بین دو دستگاه به پورت RJ45 فیدبو اتصال متصل شود. اگر کاربر نهایی می خواهد داده ها را در یک کنترل کننده میزبان مانند PLC یا HMI که دارای پروتکل Modbus ™ TCP / IP است، نمایش دهد، لازم است که اتصال سوکت feldbus را به کنترل کننده میزبان از طریق Cat5e یا Cat 6 (استاندارد) کابل اترنت انجام دهد. شکل زیر مبادله داده بین WMPR و ETHERNET / IP ™ یا MODBUS ™ TCP / IP NETWORK را نشان می دهد. برای اتصال WMPR با یک دستگاه کنترل کننده میزبان، لازم است که WMPR به یک کنترلر میزبان سازگار با EtherNet / IP ™ متصل شود و صفحه داده الکترونیکی  WMPR را به دستگاه کنترل کننده میزبان آپلود کنید. این مرحله به مدل شیءگرای WMPR اجازه می دهد تا به داده های الکترونیکی (EDS) منتقل شود که  MAC ID منحصربفرد WMPR  را با پارامترهای مختلف مدل شیء گرا مرتبط می سازد. مدل شیء گرای WMPR (شکل زیر) مدل های مختلف شیء گرا مانند common objects, application objects و the assembly objects را توصیف می کند. اشیاء مشترک عبارتند از:Identity Object, Message Router Object, Connection Manager Object, Parameter Object و Link Objects
  1. سری WDRR:
سری WDRR یک گیرنده بی سیم قابل اعتماد DIN rail یا پانل قابل تنظیم (panel-mountable) است که می تواند 14 سیگنال دیجیتال (PNP یا NPN ) را از سوئیچ های Limitless بی سیم بپذیرد. گیرنده WDRR  سیگنال های دیجیتالی  که عمدتا دروضعیت سوئیچ  های Limitless بی سیم است را دریافت میکند. یعنی اینکه سوئیچ ها را به یک دستگاه کنترل کننده میزبان مانند PLC، DCS و SCADA متصل است و دارای ماژول های ورودی / خروجی فیزیکی است، ارتباط می دهد. همچنین دارای یک خروجی برای ارتباط RF از دست رفته و خروجی دیگری برای ولتاژ باتری کم است. هنگامی که گیرنده WDRR وضعیت ورودی دیجیتال سوئیچ Limitless را به دست می آورد، اطلاعات در پایانه های خروجی WDRR تکرار می شود. سپس  پایانه های خروجی گیرنده WDRR را به ترمینال های ورودی فردی درکوپلر WAGO یا کوپلر Beckhoff feldbus  یا هر دستگاه کنترل کننده میزبان را فراهم میسازد.شکل زیر تبادل داده بین WDRR و MODBUS™ TCP/IP NETWORK را نشان می دهد
  • چه زمانی از WMPR  و WDRR استفاده کنیم؟:
استفاده از WMPR نسبت به WDRR بسیار کاربردی است و ممکن است وابسته به طرح بندی سیستم های کنترلی موجود باشد. برای درک این بهتر، لازبم است نگاهی به سناریوهای کاربردی در realtrime داشته یاشیم.  
  1. اگر یک مشتری در حال حاضر یک کوپلر Fieldbus یا نوعی از کنترل کننده
میزبان مانند یک PLC یا HMI داشته باشد، تقریبا 90 درصد از زمان، Fieldbus Coupler / PLC / HMI نوعی پروتکل ارتباطی مانند EtherNet / IP ™، Modbus ™ TCP / IP، Modbus ™ RTU یا Profinet. در این نوع از تنظیمات سیستم، WMPR نامزد ایده آل خواهد بود زیرا از پروتکل EtherNet / IP  پشتیبانی می کند. با این حال، بسیاری از PLC های عمومی و اتصالات Fieldbus وجود دارد که در بازار وجود دارد که هیچ نوع پروتکل های ارتباطی را پشتیبانی نمی کنند. این PLC ها / سوئیچ های Fieldbus تنها می توانند از سیگنال های ورودی / خروجی سخت افزاری پشتیبانی کنند یا اینکه آیا دیجیتال، آنالوگ، دما و غیره در این نوع سناریو WDRR جایگزین خوبی خواهد بود
  1. به طور کلی، کابینت ها وپنل  به عنوان خانه ای برای  سخت افزار
سیستم کنترل  مانند اتصالات Fieldbus، PLC ها، ماژول های I / O، منابع تغذیه، ماژول رله، و غیره  می باشد که حجم عظیمی از سیم کش را در درون خود جای می دهد.(شکل زیر).   پروتکل در این نوع از تنظیمات، استفاده از WMPR بسیار عالی خواهد بود  زیرا در این صورت هیچ سیم کشی برای ورودی ها و خروجی ها وجود نخواد داشت . وضعیت تمام 14 خروجی دیجیتال / آنالوگ از WMPR  به کنترلر میزبان از طریق کابل اترنت استاندارد متصل خواهد شد. سیم کشی کمتر کابینت وپنل سیستم کنترل را امن تر می کند و  شناسایی قطعات اسانتر شده  و  در صورت لزوم زمان کم برای عیب یابی لازم خواهد بود.با این حال، اگر فضای کافی برای سیم کشی در کابینه کنترل وجود داشته باشد و اگر کنترل کننده های موجود هیچ نوع پروتکل های ارتباطی را پشتیبانی نمی کنند، WDRR یک جایگزین بسیار خوب خواهد بود.  
  • برای برنامه های time-criticalاتونوموس، WMPR مناسب است.
ماژول گیرنده WMPR پروتکل EtherNet / IP  را پشتیبانی می کند که بسیار سریعتر از پروتکل های ارتباطی سریال است.WMPR می تواند طیف وسیعی از داده ها مانند وضعیت دستگاه، وضعیت I / O، نشانگر شارژ باتری و قدرت سیگنال شبکه را ارائه دهد که معمولا توسط یک کنترل کننده میزبان برای اتوماسیون یک شبکه بی سیم مورد نیاز است.   مشخصات کوپلرهای فیلدباس  wago: پارت نامبرهای کوپلر Fieldbusماژول کنترل کننده باس:352-750 • ماژول منبع تغذیه: 602-750 • ماژول ورودی /خروجی: 1405-750 •  ماژول پایانی: 600-750 • پروتکل ها: EtherNet / IP ™، Modbus ™ TCP / IP • نرخ باند: 10/100 مگابیت در ثانیه، کامل یا نیمه دوبلکس • ارتباط کوپلرباس: RJ45*2 • تعداد ماژول های ورودی /خروجی: 64 • تعداد ورودی های دیجیتال در هر ماژول ورودی/خروجی : 16(PNP یا NPN)
  • توجه: برای  کسب اطلاعات بیشتر در مورد کوپلرهای وگو (WAGO)
به سایت  http: // www. wago.us مراجعه نمایید ویه سایت رساصنعت مراجعه نموده وبا کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید .

نوشته های مرتبط

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *