در زمان‌های گذشته، سنسورها و روش کابل کشی مستقیم برای به اشتراک گذاشتن داده‌ها به کار گرفته می‌شد. اما پيشرفت روزافزون اينترنت و شبكه هاي ارتباطي در سال‌های اخیر، موجب به کارگیری شبکه‌های ارتباطی در صنعت شده است. امروزه برای انتقال داده‌ها در محیط های صنعتی از شبکه های صنعتی استفاده می‌شود. در واقع شبکه‌های صنعتی پلی جهت تبادل اطلاعات هستند.
هر یک از تجهیزات صنعتی از پروتکل های خاصی استفاده می کنند. در این مقاله به بررسی پروتکل های ارتباطی S7-1200 می پردازیم. مدل S7-1200 از منظر قیمتی مناسب است و اغلب در صنایع کوچک و متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرد. جالب است بدانید که همیشه در بازار، سهم صنایع کوچک و متوسط از صنایع بزرگ بیشتر است.
پی ال سی زیمنس S7-1200
در سال ۲۰۰۹، شرکت زیمنس نسل جدیدی از PLCهای خانواده‌ی سیماتیک S7 را عرضه کرد. سری S7-1200 دارای ساختار کامپکت، ساده، سازگار با انواع شبکه‌های صنعتی و دستورات قدرتمند برنامه نویسی است. این سری یک گزینه بسیار مناسب برای انجام پروژه های صنعتی است. این مدل جایگزین مناسبی برای سری S7-200 است. با این تفاوت پردازنده قوی‌تر دارد. همچنین با انواع شبکه‌های صنعتی سازگار است.
جزئیات بیشتر در اینباره را در مقاله
ببینید.
پروتکل های ارتباطی S7-1200 بسیار متنوع است. PLC سری S7-1200 زیمنس از یک درگاه پروفی‌نت بهره می برد. این درگاه، ارتباط PLC با سایر تجهیزات شبکه را میسر می‌کند. با افزودن ماژول های ارتباطی به این کنترل کننده منطقی برنامه پذیر، امکان ارتباط با شبکه های صنعتی مانند پروفی‌باس، مودباس، GPRS، LTE، RS485، RS232، DNP3 و USS برای آن ایجاد می شود.
پروتکل چیست؟
پروتکل ارتباطی، مجموعه‌ای از قوانین است که برقراری ارتباط میان دو یا چند دستگاه را فراهم می‌کند. به بیانی دیگر، پروتكل شبکه‌ای است که چگونگی کدینگ اطلاعات و نحوه‌ی ارسال و دریافت آن ها و … را مشخص می‌نماید. در يك سيستم مدرن اتوماسيون صنعتي، ارتباط داده‌ها میان دستگاه‌های اتوماسیون بسیار حائز اهمیت است.
بر این اساس، برای ایجاد استاندارد‌های بین‌المللی تلاش‌های گسترده ای صورت گرفت. حاصل این تلاش ها معرفی پروتكل های مختلفی بود که در جهت سازگاري سيستم هاي مختلف به وجود آمد. پروتکل های ارتباطی S7-1200 نیز از نوع پروتکل های استاندارد بین الملی هستن که امکان برقراری ارتباط با سایر تجهیزات و دستگاه ها را فراهم می کند.
پشتیبانی از پروتکل ها، امکان قرار گرفتن تجهیزات در شبکه را فراهم می کند. شبكه كردن اين امكان را برای ما فراهم می‌کند كه دستگاه‌های زیادی را به يـك مسـير ارتبـاط اصـلي و بـدون استفاده از سـيم‌كشـي اضافي متصل کنیم. این امر موجب صرفه‌جویی در سیم کشی و هزینه اضافی در سخت افزار شبکه (اتصال بیش از 100 ورودی/خروجی) خواهد شد.
پروتکل های ارتباطی S7-1200
پس از بیان اهمیت پشتیبانی از پروتکل ها توسط تجهیزات مختلف، به معرفی برخی از پروتکل های ارتباطی مورد استفاده در صنعت می پردازیم که S7-1200 زیمنس از آن ها پشتیبانی می کند.
پروتکل اترنت (Ethernet)
اترنت (Ethernet) يك پروتکل استاندارد و پرکاربرد است که ارتباط تجهیزات مختلف با اینترنت را فراهم می کند. گسترش اينترنـت در سراسـر جهان، اترنت را بـه يـك اسـتاندارد عمومي و پرکاربرد تبديل كرده است. اترنت يك استاندارد لايه فيزيكي براي انتقـال اطلاعـات است.
کنترل کننده منطقی برنامه پذیر S7-1200 با پشتیبانی از پروتکل اترنت، قابلیت اتصال به اینترنت را دارد. در سایه پشتیبانی از این پروتکل می توان 1200 را به اینترنت متصل کرد و از راه دور به آن دسترسی داشت.
جزئیات بیشتر در مورد این ارتباط را می توانید در مقاله
“آشنایی با قابلیت های “S7-1200
ببینید
پروتکل مودباس (Modbus)
این شبکه ارتباطی توسط شخصی به نام Modicon در سال 1979 میلادی طراحی شد. مودباس یکی از محبوب‌ترين پروتكل‌های انتقال اطلاعات از طریق خطوط سریال است. تجهیزات مودباس به کمک Gateway با سایر شبکه ها ارتباط برقرار می کنند. Gateway، وسيله‌اي است كه دو شبكه غيرمشابه را بهم وصل مي‌كند. مودباس مي تواند بيشتر از ۲۵۰ دستگاه را روي يك خط ارتباطي مدیریت می کند.
دسترسی به شبکه مود باس برای عموم آزاد است (Open Source). هدف از ایجاد این شبکه استفاده در PLC ها بوده و به تدریج به عنوان یک استاندارد ارتباطی به کار گرفته شد. مد باس از جمله پروتکل های ارتباطی S7-1200 است که به صورت گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد.
مدباس از معماری سرویس گیرنده – سرور پیروی می کند. در این معماری سرویس گیرنده یک درخواست را آغاز می کند و سرور با داده های درخواستی پاسخ می دهد. سرور می تواند یک دستگاه اصلی، مانند یک سیستم کنترل نظارتی و جمع آوری داده (SCADA) باشد، در حالی که کلاینت دستگاهی مانند یک حسگر یا عملگر است. PLC ها به عنوان Master و سایر دستگاه‌ها به عنوان Slave در این شبکه فعالیت می کنند.
مد باس مزایای مهمی دارد که به استفاده گسترده از آن در اتوماسیون صنعتی کمک می کند. از جمله مهمترین مزایای این پروتکل می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سادگی و تطبیق پذیری
- پشتیبانی گسترده
- مقرون به صرفه
پروتکل پروفی باس ( Profibus)
پروفی باس یکی از پروتکل های ارتباطی S7-1200 است که مسیری امن و پایدار برای انتقال داده‌ها فراهم می‌کند. پروفی باس به عنوان یک استاندارد ارتباطی در اتوماسیون صنعتی شناخته شده و در فرآیندهای آنالوگ و دیجیتال به کار گرفته می‌شود. ساختار شبکه پروفی باس منطبق با استاندارد ارتباط سریال RS-485 است. در حال حاضر انواع PLC ها، HMI/SCADA، سنسورها، ترانسدیوسر، ترانسمیتر، درایوها، سرورها و تجهیزات HART نیز توانایی اتصال به شبکه پروفی باس را دارند.
مهمترین دلیل استفاده از پروفی باس در صنعت، سیم کشی و وایرینگ کمتر نسبت به سایر شبکه‌های ارتباطی است. پروفی باس یک پروتکل ارتباطی پایدار، کم هزینه و انعطاف‌پذیر است. از این پروتکل معمولا در كنترل فرآيند و سيستم هاي بزرگ، دستگاه‌هاي خودكار و زير شبكه ها استفاده می شود. پروفی باس مي‌تواند حجم زيادي از اطلاعات را با سـرعت بـالا جا‌به‌جا کند. برای استفاده از این قابلیت نیاز به نصب ماژول ارتباط پروفی باس S7-1200 دارید.
پروفی باس از جمله روش های ارتباط سریال است و تنها از دو رشته سیم برای تبادل سیگنال‌های ورودی/خروجی به تجهیزات کنترلی استفاده می‌کند که یک ویژگی بسیار مطلوب است. این در حالی است که در روش های انتقال اطلاعات موازی(Parallel) ، برای انتقال هر سیگنال ورودی/خروجی به دو رشته سیم نیاز است که تقریباً روشی نامناسب است.
پروفی‌نت
پروتکل پروفی نت (PROFINET) برپایه‌ی پروتکل استاندارد اترنت بنا نهاده شده است. در یک شبکه پروفی نت؛ ربات‌ها، محرک‌ها، سنسورها، تگ‌های RFID و سایر IOها با هم در ارتباط هستند. شرکت زیمنس پروتکل پروفی نت را جایگزین پروتکل پروفی باس کرده است. در همین راستا، پروفی نت از جمله پروتکل های ارتباطی S7-1200/1500 است که درگاه آن بر روی PLC قرار دارد.
در پروفی نت همانند پروفی باس، صرفه‌جویی در هزینه‌های سیم‌کشی و نصب با استفاده از مکانیزم‌های توزیع‌شده IO فراهم شده است. طراحی شبکه با استفاده از پروفی نت، انعطاف‌پذیری بیشتری را برای کاربران ایجاد می‌کند. پروفی نت از WLAN و بلوتوث پشتیبانی می‌کند؛ درنتیجه، امکان اتصال بی‌سیم تجهیزات نیز وجود دارد. یکی از مزیت های پروفی نت، استفاده از سوئیچ‌های استاندارد جهت افزایش انعطاف‌پذیری سیستم است.
پروفی نت، پروفی باس و مودباس چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟
با وجود اینکه هر سه پروتکل از جمله پروتکل های ارتباطی S7-1200 زیمنس هستند، اما تفاوت های زیادی با هم دارند. پروتکل پروفی نت را می توان یک پروتکل اترنت صنعتی دانست؛ در حالی که، پروفی باس یک فیلد باس سریال کلاسیک است. به طور کلی، پروفی نت داراری پهنای باند بیشتری است و در نتیجه سرعت انتقال پیام ها و همچنین حجم داده انتقالی بیشتر است.
مودباس و پروفی باس دو پروتکل ارتباطی متفاوت هستند. مودباس می‌تواند بر روی اترنت کار کند در حالی که پروفی باس این قابلیت را ندارد. شبکه‌های پروفی باس مبتنی بر RS-485 توانایی انتقال اطلاعات تا سرعت ۱۲ مگابیت در ثانیه را دارند.
مکانیزم تبادل داده پروفی باس و پروفی نت با یکدیگر متفاوت است. پروفی باس از پیکره بندی Master و Slave بهره می‌برد، درحالی‌که پروفی نت بر مبنای یک مدل ارائه‌دهنده – مصرف‌کنند عمل می‌کند. در پیکره بندی Master و Slave، دستگاه Master کنترل یک طرفه‌ای بر کلیه‌ی دستگاه‌های Slave دارد. Master همیشه کنترل‌کننده است و دستگاه‌های IO همیشه Slave خواهند بود. در حالی که مدل ارائه‌دهنده – مصرف‌کننده انعطاف‌پذیرتر است. نقش مصرف‌کننده و ارائه‌دهنده بین کنترل‌کننده‌ها و دستگاه‌های IO قابل تغییر است.
کلام آخر
PLC سری S7-1200 زیمنس، جایگزین مدل قدیمی تر S7-200 شده است. این PLC نسبت به نمونه قبلی خود قابلیت‌های بیشتری دارد. از جمله این قابلیت ها می توان به پروتکل های ارتباطی S7-1200 اشاره کرد. پروتکل‌های ارتباطی، پروفی نت و پروفی باس از پروتکل‌های ثابت شده و پیشتازان شبکه در صنایع مختلف هستند.
این پروتکل‌ها توسط S7-1200 پشتیبانی می‌شوند. علاوه بر این پروتکل های مودباس و اترنت نیز توسط این کنترل کننده صنعتی پشتیبانی می شوند. همین الان با مراجعه به فروشگاه زیمنس کالا، PLC مورد نیاز خود را سفارش دهید.