Bảng thông tin liên lạc 6ES7241-1CH30-1XB0 6ES7 241-1CH30-1XB0 6ES7241-1CH3O-1XBO

Siemens 6ES7241-1CH30-1XB0 | Mô-đun truyền thông SIMATIC S7-1200 CB 1241 — RS485, Freeport / Modbus RTU Master & Slave / USS, 300bps đến 115.2kbps, 1000m, Đầu nối vít

Tổng quan

Siemens 6ES7241-1CH30-1XB0 là Mô-đun truyền thông CB 1241 RS485 — một mô-đun cắm nhỏ gọn được gắn trực tiếp vào mặt trước của bất kỳ CPU SIMATIC S7-1200 nào để bổ sung một cổng truyền thông nối tiếp RS485 đầy đủ chức năng mà không chiếm khe cắm mô-đun tín hiệu trên thanh ray DIN. Với chiều rộng 38mm và trọng lượng 40 gram, đây là một trong những bộ mở rộng nhỏ nhất dành cho S7-1200, và đối với các ứng dụng cần truyền thông nối tiếp cùng với giao diện Ethernet PROFINET gốc của CPU, nó cung cấp khả năng phù hợp nhất với kích thước vật lý nhỏ nhất có thể.

Điều làm cho CB 1241 trở nên vượt trội hơn một con chip UART đơn giản là chiều sâu hỗ trợ giao thức mà nó mang lại cho S7-1200.

Chế độ Freeport cho phép chương trình CPU kiểm soát trực tiếp mọi khía cạnh của truyền thông nối tiếp — phát hiện ký tự bắt đầu, định dạng gói tin, điều kiện hết thời gian chờ và phân tích cú pháp dữ liệu — giúp có thể giao tiếp với hầu hết mọi thiết bị nối tiếp sử dụng dữ liệu ASCII hoặc nhị phân ở tốc độ baud tiêu chuẩn.

Phía trên chế độ cấp thấp này là các trình điều khiển giao thức sẵn sàng sử dụng mà S7-1200 thực thi mà không cần người dùng phải triển khai giao thức từ đầu: Modbus RTU (cả vai trò master và slave), USS cho truyền thông ổ đĩa Siemens và giao thức hướng gói 3964(R) được sử dụng trong một số thiết bị truyền thông công nghiệp cũ của Siemens.

Cùng nhau, các giao thức này bao phủ phần lớn nhu cầu truyền thông nối tiếp gặp phải trong tự động hóa máy móc và quy trình.

Mô-đun kết nối với CPU thông qua giao diện đầu nối phía trước được tích hợp trong mọi CPU S7-1200. Nó lấy nguồn điện hoạt động hoàn toàn từ bus backplane của CPU (5V, 50mA) — không yêu cầu kết nối 24V riêng biệt.

Cổng RS485 tự kết nối qua khối đầu cuối vít đi kèm với mô-đun, được nối dây với cáp xoắn đôi chạy đến mạng RS485.

Việc kết thúc RS485 được cung cấp bằng cách nối tắt các chân đầu cuối cụ thể (TB đến T/RB và TA đến T/RA) — điện trở kết thúc hiệu quả trở thành 127Ω, phù hợp cho việc kết thúc điểm cuối mạng RS485.

Thông số kỹ thuật chính

Chế độ Freeport — Triển khai Giao thức Nối tiếp Tùy chỉnh

Freeport là chế độ hoạt động linh hoạt nhất của CB 1241 và là chế độ làm cho mô-đun có thể thích ứng với hầu hết mọi thiết bị nối tiếp.

Ở chế độ Freeport, chương trình CPU S7-1200 kiểm soát hoàn toàn cổng nối tiếp — nó xác định tốc độ baud, cài đặt parity và stop bit, sau đó gửi và nhận dữ liệu thô trực tiếp bằng tập lệnh hướng dẫn SEND_PTP và RCV_PTP (hoặc MSG_SEND / MSG_RCV trong TIA Portal).

Ứng dụng thực tế là tích hợp với các thiết bị không triển khai giao thức công nghiệp tiêu chuẩn hóa: máy quét mã vạch xuất chuỗi mã ASCII khi đọc nhãn, thiết bị cân báo cáo giá trị trọng lượng ở định dạng độc quyền, đầu đọc RFID xác nhận lệnh bằng các chuỗi byte cụ thể, máy in nhãn nhận chuỗi định dạng ZPL hoặc EPL và các thiết bị thu thập dữ liệu sử dụng giao thức lệnh/phản hồi tùy chỉnh.

Đối với mỗi trường hợp này, lập trình viên xác định trình tự truyền thông chính xác trong chương trình S7-1200 bằng cách sử dụng các hướng dẫn Freeport, coi cổng nối tiếp như một luồng byte thay vì một ngăn xếp giao thức.

Độ dài gói tin Freeport tối đa 1 kByte xử lý trường hợp phổ biến là in dữ liệu nhãn có độ dài thay đổi (lên đến khoảng 1000 ký tự mỗi nhãn) hoặc nhận chuỗi dữ liệu đo lường mà không gặp sự cố về định dạng.

Đối với các ứng dụng yêu cầu tin nhắn riêng lẻ dài hơn, chương trình có thể chia truyền qua nhiều lệnh gọi hướng dẫn.

Modbus RTU — Master và Slave trên một Mô-đun

Modbus RTU là giao thức truyền thông nối tiếp được triển khai rộng rãi nhất trong tự động hóa công nghiệp trên toàn cầu. Sự đơn giản, tính mở và hỗ trợ thiết bị của nó làm cho nó trở thành lựa chọn mặc định để giao tiếp hệ thống tự động hóa với các thiết bị đo, đồng hồ đo, ổ đĩa và cảm biến từ hầu hết mọi nhà sản xuất.

CB 1241 hỗ trợ cả hai vai trò Modbus RTU Master (S7-1200 thăm dò các thiết bị khác) và Modbus RTU Slave (S7-1200 phản hồi các truy vấn của master khác):

Modbus RTU Master: CPU S7-1200 khởi tạo tất cả truyền thông, gửi các yêu cầu mã chức năng (đọc thanh ghi giữ, đọc thanh ghi đầu vào, ghi thanh ghi đơn/nhiều, đọc cuộn dây, ghi cuộn dây) tới tối đa 247 thiết bị slave trên bus RS485.

Trên thực tế, giới hạn chiều dài cáp 1000m và các yếu tố nhiễu là hạn chế hơn so với không gian địa chỉ.

Các ứng dụng master phổ biến bao gồm đọc đồng hồ đo năng lượng (thanh ghi công suất, dòng điện, điện áp), điều khiển ổ đĩa tốc độ biến đổi (điểm đặt và điều khiển bật/tắt qua ghi thanh ghi Modbus) và thu thập dữ liệu từ các cảm biến và bộ truyền động phân tán.

Modbus RTU Slave: S7-1200 phản hồi các yêu cầu đọc/ghi của master Modbus đối với bản đồ thanh ghi được xác định trong bộ nhớ dữ liệu của CPU.

Điều này cho phép trao đổi dữ liệu với các hệ thống SCADA, máy chủ HMI, hệ thống quản lý năng lượng và các bộ điều khiển tự động hóa khác triển khai khả năng master Modbus — S7-1200 xuất hiện như một thiết bị Modbus tiêu chuẩn đối với bất kỳ thiết bị nào trong số đó.

Phạm vi địa chỉ Modbus từ 1–49.999 bao gồm cả địa chỉ Modbus tiêu chuẩn được sử dụng bởi hầu hết các thiết bị và phạm vi mở rộng được sử dụng bởi một số hệ thống SCADA.

Môi trường lập trình TIA Portal cung cấp các khối hướng dẫn MODBUS_MASTER và MODBUS_SLAVE với các tham số được xác định rõ ràng cho việc ánh xạ địa chỉ thanh ghi, xử lý kết nối và báo cáo lỗi.

Giao thức USS cho Điều khiển Ổ đĩa Siemens

Hỗ trợ giao thức USS (Universal Serial Interface) là một lợi ích trực tiếp cho các cài đặt mà CPU S7-1200 điều khiển các ổ đĩa tốc độ biến đổi của Siemens — MICROMASTER 420/440, SINAMICS G110, G120C, V20 và V90 — có giao diện RS485 USS.

USS cho phép S7-1200 đọc và ghi các tham số ổ đĩa, điều khiển từ điều khiển của ổ đĩa (bật/tắt, hướng, điểm đặt tốc độ) và đọc từ trạng thái và giá trị tốc độ thực tế — tất cả qua cùng một cáp RS485 truyền thông nối tiếp của CB 1241.

Một mạng RS485 duy nhất với một CB 1241 có thể địa chỉ hóa tới 31 ổ đĩa theo giao thức USS đồng thời (giao thức USS hỗ trợ địa chỉ 0–30), với chương trình S7-1200 thăm dò từng ổ đĩa tuần tự.

TIA Portal cung cấp các khối hướng dẫn USS chuyên dụng (USS_DRIVE, USS_RPM, USS_WPM) xử lý thời gian giao thức và định dạng dữ liệu, cho phép lập trình viên làm việc ở cấp độ số tham số ổ đĩa và giá trị vật lý thay vì chuỗi byte thô.

Câu hỏi thường gặp

Q1: Mô-đun CB 1241 RS485 và CM 1241 RS422/485 có thể được sử dụng đồng thời trên cùng một CPU S7-1200 không?

Có. CB 1241 (mô-đun này) cắm vào mặt trước CPU và không chiếm khe cắm mô-đun tín hiệu.

CM 1241 (mô-đun truyền thông gắn trên thanh ray DIN) chiếm một khe cắm mô-đun trên bộ mở rộng rack S7-1200.

Cả hai đều có thể được cài đặt và hoạt động độc lập trên cùng một CPU, cung cấp hai cổng RS485 riêng biệt cho các ứng dụng cần hai kết nối nối tiếp đồng thời — ví dụ, một cổng cho Modbus RTU với các thiết bị xử lý và cổng thứ hai cho truyền thông ổ đĩa USS.

Q2: Danh sách địa chỉ Modbus 1–49.999. Điều này có nghĩa là địa chỉ thanh ghi Modbus cũng được hỗ trợ vượt quá tiêu chuẩn 0–65.535 không?

Phạm vi 1–49.999 đề cập đến địa chỉ trạm slave Modbus (địa chỉ node) mà CB 1241 có thể nhắm mục tiêu ở chế độ Modbus RTU Master.

Đây là phạm vi địa chỉ node lớn bất thường — Modbus RTU tiêu chuẩn hỗ trợ tối đa 247 node (địa chỉ 1–247), trong khi giới hạn trên 49.999 mở rộng vào phạm vi được sử dụng bởi một số triển khai SCADA với địa chỉ hóa mở rộng. 

Phạm vi địa chỉ thanh ghi Modbus (địa chỉ dữ liệu trong mỗi slave, chẳng hạn như thanh ghi giữ 40001–49999 theo ký hiệu địa chỉ Modbus truyền thống) là độc lập và tuân thủ đặc tả Modbus tiêu chuẩn.

Các chức năng đọc và ghi thanh ghi Modbus tiêu chuẩn hoạt động trên các địa chỉ thanh ghi được đánh chỉ số 0 thông thường như được định nghĩa bởi đặc tả Modbus.

Q3: Phạm vi điện áp chế độ chung RS485 là −7V đến +12V trong 1 giây. Điều này có nghĩa là cổng không được cách ly với CPU không?

Đặc tả 500VAC (1 phút) giữa cổng RS485 và bus backplane CPU xác nhận rằng cách ly điện được cung cấp — đất RS485 được cách ly khỏi đất bên trong CPU bằng một rào cản galvanic.

Phạm vi điện áp chế độ chung (−7V đến +12V) mô tả phạm vi hoạt động của chính giao diện RS485 so với tham chiếu đất của nó, đây là đặc tả chế độ chung RS485 tiêu chuẩn (Tiêu chuẩn RS-485: −7V đến +12V). Điều này tách biệt với sự cách ly giữa đất RS485 và backplane CPU.

Q4: Số lượng thiết bị slave Modbus tối đa có thể được kết nối với một CB 1241 duy nhất là bao nhiêu?

Tiêu chuẩn RS485 hỗ trợ tối đa 32 tải đơn vị (tương đương với 32 đầu vào máy thu tiêu chuẩn) mỗi phân đoạn mà không cần bộ lặp.

Trên thực tế, hầu hết các thiết bị slave Modbus hiện đại sử dụng máy thu tải 1/8 đơn vị, cho phép tối đa 256 thiết bị mỗi phân đoạn về mặt điện. 

Tuy nhiên, giao thức Modbus RTU giới hạn mạng ở 247 địa chỉ slave (1–247), và các yếu tố thực tế — chiều dài cáp (tối đa 1000m), thời gian chu kỳ truyền thông và các yêu cầu về thời gian phản hồi ứng dụng — thường giới hạn các mạng hiệu quả ở 20–50 thiết bị mỗi cổng. Mỗi chu kỳ thăm dò Modbus mà CB 1241 thực hiện là tuần tự (từng thiết bị một), vì vậy việc thêm nhiều slave hơn sẽ làm tăng tổng thời gian chu kỳ cho tất cả các thiết bị.

Q5: CB 1241 RS485 được cấu hình như thế nào trong TIA Portal và có yêu cầu giấy phép hoặc phần mềm bổ sung nào không?

CB 1241 được cấu hình trực tiếp trong TIA Portal Basic hoặc Professional (V11 trở lên) mà không cần giấy phép bổ sung.

Trong TIA Portal, CB 1241 xuất hiện trong danh mục phần cứng và được thêm vào cấu hình thiết bị S7-1200 bằng cách kéo thả nó vào vị trí mặt trước của CPU.

Các tham số cổng (tốc độ baud, parity, stop bit) được cấu hình trong thuộc tính mô-đun. 

Cấu hình cấp độ giao thức (Modbus, USS) được xử lý thông qua các khối hướng dẫn tương ứng và các tham số của chúng trong chương trình người dùng.

Không cần giấy phép phần mềm truyền thông riêng biệt — các khối hướng dẫn Modbus RTU và USS được bao gồm trong cài đặt TIA Portal tiêu chuẩn.