در مبحث شبکه های صنعتی داشتن درک صحیح نسبت به ارتباط های Serial بسیار مهم است.
انواع مختلفی از پروتکل های ارتباطی صنعتی وجود دارد که پروتکل RS485 یکی از مهم ترین انواع آن است.
در مقاله و ویدیوهای زیر به آشنایی با پروتکل های ارتباطی صنعتی از جمله RS485، RS422، RS232 و مقایسه آنها میپردازیم.
#1 انواع روش های ارتباطی
#1-1 ارتباط Simplex یا Duplex
در ارتباط بین دو انسان یا دو شیء، 2 حالت ممکن وجود دارد:
ارتباط یک طرفه در پروتکل (Simplex)
اولین حالت برای ارتباط انسان ها این است که فقط یک نفر صحبت کند و شخص دیگر فقط بشنود؛
تصور کنید که شما یک حاکم هستید و با یک بلندگو با مردم صحبت می کنید و مردم هم فقط باید به حرف شما گوش بدهند.
در جامعه انسانی به این گونه رفتار، استبداد می گوییم و
همان طور که استبداد منجر به گوشه نشینی و عقب افتادگی یک جامعه میشه، ارتباط Simplex بین تجهیزات نیز همین تاثیر را دارد.
تصور کنید که فقط از پی ال سی به تجهیزات کارخانه 0 و 1 ها ارسال شود و هیچ فیدبک و بازخوردی از تجهیزات دریافت نشود،
اگر اتفاقی ناگهانی در سیستم رخ داده باشد، احتمالا پی ال سی (کنترلر) متوجه نشده و سیستم دچار نقصان می شود.
به اینگونه ارتباط کاملا یک طرفه، Simplex گوییم
ارتباط دو طرفه در پروتکل (Duplex)
در ارتباط Duplex، هر دو طرف امکان صحبت کردن و انتقال اطلاعات را دارند.
اما این ارتباط نیز خود به دو زیر شاخه تقسیم می شود:
این دو زیر شاخه را با استفاده از دو مثال مشخص می کنیم؛
هنگامی که شما و دوست تان با موبایل در حالت گفت و گو هستید، هر کدام تان در هر لحظه می توانید صحبت کنید؛
اما اگر بیسیم داشته باشید، ابتدا شما صحبت کرده و دوست تان حرف های شما را می شنود،
سپس دوست شما صحبت کرده و شما فقط می شنوید.
یعنی هر دو تای شما نمی توانید همزمان صحبت کنید
به نوع اول، ارتباط نیمه دو طرفه یا Half duplex گوییم و
به نوع دوم، ارتباط تمام دو طرفه یا Duplex گوییم.
و قطعا ارتباط Duplex تاثیرات بهتری را به نسب ارتباط Simplex در پیشرفت و بهبود کارخانه خواهد گذاشت.
#2 پروتکل RS232 چیست؟
نوعی از انتقال داده های سریال (serial data transmission) است.
به عبارت ساده تر: نوعی ارتباط است که اکثرا به آن ارتباط سریال (serial connection) میگویند.
این پروتکل زمانی، رایجترین شیوه انتقال داده ها بود.
احتمالا با کابل استاندارد 9pin DB9 آشنایی دارید.
به عبارت ساده، پروتکل RS232 ، با استفاده از یک ولتاژ مثبت برای یک باینری 0 و
با استفاده از یک ولتاژ منفی برای یک باینری 1 ، سیگنال ها را انتقال میدهد.
#3 کاربرد پروتکل RS232 در PLC
PLC ها از RS232 برای گفتگو با سایر ماژول ها و حتی سایر PLC ها استفاده می کنند.
این ماژول ها نیز از پروتکل RS232 استفاده می کنند،
و از انواع آنها می توان موارد زیر را نام برد:
- رابط اپراتور یا HMI
- کامپیوتر
- کنترل کننده های موتور یا درایوها
- ربات
- برخی از سیستم های بصری
#4 نکات مهم در استفاده از پروتکل RS232
این دستگاه دو نوع مختلف دارد.
- DTE به معنی تجهیزات ترمینال داده ها (Data Terminal Equipment). یک مثال معمول از آن: کامپیوتر.
- DCE به معنی تجهیزات ارتباطی داده ها(Data Communications Equipment) . یک مثال معمول از آن: مودم.
مسئله مهم این است که دو دستگاه DTE یا دو دستگاه DCE بدون کمک نمی توانند با هم گفتگو کنند.
به همین منظور اتصال دستگاه ها با استفاده از کابل معکوس (null-modem) میسر میشود.
معمولا PLC ها از نوع DTE و دیگر دستگاه های مورد استفاده از نوع DCE هستند و همگی باید با یکدیگر گفتگو کنند.
یک نمونه بسیار رایج که بسیاری از مردم با آن آشنایی دارند، اتصال کامپیوتر به پرینتر است.
در حالی که استفاده از پورت USB به استانداردی رایج تبدیل شده،
در چاپگرهای قدیمی موجود در مراکز کاری و اداری همچنان از RS232 استفاده می شود.
کابل و پروتکل RS232 به کامپیوتر اجازه میدهند تا از طریق یک سیگنال ولتاژ، دستوری را به پرینتر ارسال کند.
و پرینتر پس از تشخیص دستورات، عملیات چاپ را تکمیل میکند.
#5 معایب پروتکل RS232
- سرعت پایین در انتقال اطلاعات.
داده ها با سرعت حدودا 20 کیلوبایت در ثانیه منتقل می شوند.
این سرعت در مقایسه با آنچه امروزه استفاده می شود، بسیار کم است. - طول کم کابل مورد استفاده.
حداکثر طول کابل قابل استفاده در حدود 50 فوت است.
دو مشکلی که هنگام استفاده از کابل های طولانی تر رخ میدهد، مقاومت سیم و افت ولتاژ است.
به همین دلیل نمی توان از پروتکل RS232 در تکنولوژی های جدید مورد استفاده در سیستم های از راه دور، استفاده کرد.
بیایید آموخته ها را مرور کنیم.
سالهای زیادی استفاده از پروتکل RS232 در صنعت رایج بود.
اما امروزه، USB و اترنت در حال جایگزینی با این استانداردِ ارتباطاتِ سریال قدیمی هستند.
با این حال، با کمک آداپتورهای ساده، دستگاه ها با استفاده از استانداردهای جدید و قدیمی نیز می توانند با یکدیگر گفتگو کنند.
هنوز هم بسیاری از تولید کنندگان از پروتکل RS232 استفاده می کنند، چرا که RS232 همواره استانداردی متداول و ارزان است.
این تولیدکنندگان از RS232 برای اتصال PLC ها به دستگاه هایی مثل HMI ها، ماژول های ورودی و خروجی و درایوهای موتور و … استفاده می کنند.
فهمیدیم پروتکل RS232 در واقع شکلی از ارتباطات سریال یا راهی برای انتقال داده هاست. و غالبا از کابل استاندارد DB9 در این برنامه استفاده میشود.
در ادامه به بررسی پروتکل RS485 میپردازیم و آن را با پروتکل rs232 مقایسه میکنیم.
#6 تفاوت پروتکل RS485 با RS232
- پیکربندی و مشخصات RS485 ، آن را سریع تر کرده و باعث میشود بتواند طیف وسیع تری از داده ها را منتقل کند.
- استفاده از RS232، محدود به پنجاه فوت کابل است. در حالیکه حداکثر طول کابل برای RS485 معمولا 1200 متر یا حدود 4000 فوت است.
- برخلاف پروتکل RS232، پروتکل RS485 یک استاندارد اصلی ندارد و بسیاری از اتصالات قدیمی DB-9 هم در آن استفاده میشود.
- در برخی از برنامه ها، نوارهای ترمینال (terminal strips) به جای یک رابط استفاده میشدند. این باعث شد که پروتکل RS485 یک ارتباط سریال تطبیق پذیر باشد و به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد.
- یکی دیگر از مزایایی که قبلا گفتیم، تعداد دستگاه های قابل اتصال است. RS485 می تواند تا 32 دستگاه متصل را اداره کند. RS232 تنها قادر به اداره کردن یک دستگاه است.
این مسئله به کاربران اجازه میدهد تا در تولید تجهیزات، با استفاده از یک پروتکل، برنامه های بزرگتر و ماشین های کامل را بهم متصل کنند. - میدانیم نویزهای الکتریکی مشکلات متعددی در الکترونیک ایجاد میکنند ولی
RS485 حساسیت کمتری به نویز دارد. درحالیکه RS232 از زمین برای رمزگشایی داده های منتقل شده استفاده میکند که
باعث ایجاد اختلال های ناشی از نویز الکتریکی میشود. RS485 از این مسئله جلوگیری میکند و با محافظت از کابل ها از ایجاد نویز جلوگیری میکند.
#7 کاربرد پروتکل RS485
یک مثال بسیار رایج در جهان اتوماسیون، کنترل از راه دور VFD ها (درایو یا اینورتر) است.
یک شبکه ساده از PLC، VFD و یک HMI ، امکان کنترل از راه دور موتورها را در یک محیط صنعتی میدهد.
به عنوان مثال شما یک پمپ آب را موقع پر کردن یک محفظه (vessel) مانیتور میکنید و
به نظرتان سرعت پر شدن محفظه متناسب با نیاز نیست.
پس با استفاده از شبکه RS485 میتوانید از مرکز کنترل، پمپ را از راه دور مانیتور و کنترل کنید.
این امکان از طریق اتصال HMI به PLC و بوسیله RS485 فراهم میشود و
PLC هم به وسیله RS485 به VFD وصل میشود.
در واقع PLC برای مانیتور کردن میزان آب در محفظه برنامه ریزی شده است و
در صورت نیاز، کنترل دستی جریان را نیز میسر می سازد.
میدانیم VFD سرعت پمپ آب را کنترل میکند و همه موارد گفته شده باعث افزایش سرعت VFD میشود.
می بینیم مشکل با ارتباطات RS485 حل شده است.
در ادامه این مقاله پروتکل ارتباطی RS422 را با پروتکل RS485 مقایسه میکنیم.
#8 تفاوت پروتکل RS485 با RS422
تمایز اصلی ارتباط های RS485 و RS422 نسبت به RS232 در چند کاربره بودن آنهاست.
در مورد RS232 اشاره کردیم که یک اتصال point to point بوده و فقط دو تجهیز را به یکدیگر متصل می کند.
اما!
RS485 و RS422 این قابلیت را دارند که چندین تجهیز را به یکدیگر متصل کنند
و اما تفاوت پروتکل RS485 با RS422 در چیست؟
پروتکل ارتباطی RS422، یک ارتباط تک رئیسی (Master) است،
اما RS485، چند رئیسی (Masters) نیز می تواند باشد.
#8-1 Master چیست؟
Master، تجهیزی است که دستور ها را (رشته ای از 0 و 1 ها را) برای تجهیزات ارسال می کند و
برده ها (Slave ها) بایستی دستورات او را اجرا کنند و نتیجه ی حاصل را نیز به او گزارش دهند.
در یک کارخانه، عموما PLC به عنوان Master عمل کرده و
تجهیزات دیگر، از جمله سنسور ها و ولو ها ، Slave هستند.
ثبت ديدگاه