با گسترش روزافزون اتوماسیون صنعتی و هوشمندسازی خطوط تولید کارخانهها و صنایع، نقش پروتکلهای ارتباطی در درایو و اینورتر یاسکاوا جهت کنترل حرکت و سرعت موتورهای الکتریکی بیش از پیش افزایش یافته است. درایوهای یاسکاوا با بهرهگیری از فناوریهای پیشرفته کنترلی و قابلیتهای ارتباطاتی گوناگون، امکان تبادل داده موثر با سایر تجهیزات صنعتی را فراهم میکنند. بهرهگیری درست و صحیح از پروتکلهای ارتباطاتی در این تجهیزات، تاثیر مستقیمی بر پایداری، انعطافپذیری و بهرهوری سیستمهای کنترلی دارد.
به همین دلیل، آشنایی با پروتکلهای ارتباطاتی پشتیبانی شده توسط درایوهای شرکت یاسکاوا و نحوهی ادغام آنها در شبکههای صنعتی امری مهم برای مهندسان و متخصصان اتوماسیون بشمار میرود. درک ساختار این پروتکلها و روشهای پیادهسازی آنها، امکان نظارت و مانیتورینگ، کنترل و عیبیابی دقیقتر سیستم را فراهم کرده و زمینه یکپارچهسازی موثر با PLCها، سیستمهای اسکادا و سایر اجزای شبکههای صنعتی را مهیا میسازد. این مقدمه، چارچوبی کلی برای ورود به مباحث فنی مرتبط با این حوزه را ارائه میکند.
پروتکلهای ارتباطی در درایو یاسکاوا
درایوهای فرکانس متغیر (VFD) و سرو درایوهای یاسکاوا از پروتکلهای ارتباطاتی گستردهای استفاده میکنند. این پروتکلها شامل شبکههای بر پایه اترنت (Ethernet-based networks)، فیلدباسهای سنتی و رابطهای سریالی میباشد. پروتکلهای بر پایه اترنت، به درایوها این اجازه را میدهند تا به PLCهای جدید، شبکههای موجود در محیط صنعتی، فیلدباسها و لینکهای سریالی متصل شوند.
علاوه بر موارد ذکر شده، یاسکاوا دارای شبکه ارتباطی پر سرعت MECHATROLINK که شبکه مخصوص به خود شرکت میباشد جهت کنترل حرکت چند محوره (multi-axis motion control) پشتیبانی میکند.
پروتکلهای ارتباطی اترنت (Ethernet/IP)
این پروتکل صنعتی از صدها گره (node) پشتیبانی میکند. در درایوهای یاسکاوا پروتکلهای Ethernet/IP با استفاده از آپشن کارتها (optional interface cards) پیادهسازی شده و به PLC این اجازه را میدهد تا درایو از آن فرمان بگیرد. این پروتکل ارتباطی امکان تبادل دادههای سیکلیک I/O و دسترسی غیرسیکلیک (acyclic) به پارامترها را فراهم میکند که این امر کنترل دقیق درایو و مانیتورینگ وضعیت آن را ممکن میسازد. این قابلیتها در مدلهای مختلف اینورترهای یاسکاوا از جمله سریهای GA800، A1000 و V1000 پشتیبانی میشوند.
پروتکلهای ارتباطی اترکت (EtherCAT)
EtherCAT یک پروتکل اترنت real-time است که توسط شرکت Beckhoff توسعه داده شده و برای ارتباطات با تأخیر بسیار کم و عملکرد بالا در سیستمهای اتوماسیون صنعتی طراحی شده است. پشتیبانی از پروتکل اترکت با استفاده از آپشن کارتهای SI-ES3 فراهم میشود. پروتکل EtherCAT این امکان را به دستگاه master میدهد تا دستگاههای موجود در اطراف خودش را شناسایی کند که این قابلیت برای کنترل حرکت سنکرون ایدهآل میباشد. شرکت یاسکاوا اشاره میکند که EtherCAT یک پروتکل ارتباطی مبتنی بر اترنت است که به مستر EtherCAT امکان کنترل درایو و مانیتورینگ وضعیت آن را میدهد.
پروتکلهای ارتباطی Modbus TCP/IP
این پروتکل با استفاده از بستههای TCP/IP بر بستر اترنت استاندارد عمل میکند. Modbus TCP/IP یک پروتکل ارتباطی ساده از نوع مستر/اسلیو (master/slave) است که در آن عملیات خواندن و نوشتن رجیسترهای درایو در قالب فریمهای TCP/IP انجام میشود. شرکت یاسکاوا این پروتکل را از طریق آپشن کارتهای SI-EM3 و SI-EM3/SMP3 پیادهسازی کرده است. پروتکل Modbus TCP/IP به عنوان یک شبکه مبتنی بر اترنت که از پروتکلهای TCP و IP استفاده میکند، روشی ساده و قابل اعتماد برای ارسال و دریافت دادههای کنترلی و مانتورینگ اینورتر فراهم میسازد.
از کاربرد این پروتکل میتوان به اتصال به کنترلرها و سیستمهای اسکادا اشاره کرد. از درایوهای یاسکاوا که از این پروتکل ارتباطی پشتیبانی میکنند میتوان به سری A1000 و V1000 اشاره کرد.
پروتکلهای ارتباطی PROFINET
PROFINET یک شبکه صنعتی مبتنی بر اترنت است که توسط سازمان PROFIBUS & PROFINET International (PI) توسعه داده شده است. این پروتکل در اصل یک فیلدباس مبتنی بر اترنت بهشمار میرود که برای ارتباطات بلادرنگ صنعتی طراحی شده و توانایی پشتیبانی از صدها نود را در یک شبکه واحد دارد. این پروتکل در اصل یک فیلدباس مبتنی بر اترنت بشمار میرود که برای ارتباط real-time صنعتی طراحی شده و توانایی پشتیبانی از صدها نود را در یک شبکه واحد دارد.
پروتکل PROFINET (RT/IRT) از اترنت استاندارد بهره برده و از تبادل آنی داده پشتیبانی میکند. یاسکاوا شبکه PROFINET را با استفاده از آپشن کارت SI-EP3 بر روی بسیاری از درایوها (شامل V1000 و A1000) پیادهسازی کرده است. همراه با PROFINET درایو قادر است با دیگر شبکههای مبتنی بر PI یکپارچه گردد. لازم بذکر است که شرکت یاسکاوا عضو سازمان PROFIBUS & PROFINET International (PI) بوده و محصولات مبتنی بر PROFINET این شرکت با موفقیت آزمونهای انطباق و سازگاری متقابل (Interoperability) این سازمان را پشت سر گذاشتهاند.
پروتکلهای ارتباطی فیلدباس در اینورتر یاسکاوا
پروتکلهای ارتباطی DeviceNet
پروتکل DeviceNet یک شبکه فیلدباس مبتنی بر RS-485 است که از ساختار چند نودی (Multidrop) پشتیبانی میکند. این شبکه بطور گسترده برای اتصالات تجهیزات I/O و درایوها در شبکههای صنعتی مبتنی بر CAN/CIP مورد استفاده قرار میگیرد و تحت استاندارد ODVA توسعه یافته است.
در شبکه DeviceNet یک مستر واحد درایو را به عنوان اسلیو روی باس مبتنی بر CAN پول میکند. شرکت یاسکاوا ارتباط DeviceNet را از طریق آپشن کارت SI-N3 پیادهسازی کرده است که مستر امکان خواندن و نوشتن پارارمترهای درایو، راهاندازی و توقف موتور و مانیتورینگ وضعیت عملکرد را میدهد. DeviceNet از حداکثر 64 نود (node) با سرعتهای ارتباطی بین 125 تا 500 کیلوبیت بر ثانیه پشتیبانی میکند و در سطح شبکههای اترنت، عملا توسط EtherNet/IP تکمیل میشود. کارت DeviceNet یاسکاوا امکان کنترل و پایش کامل درایو را بر اساس دیکشنری اشیای CIP تعریف شده توسط سازمان ODVA فراهم میسازد. درایوهای سازگار با این شبکه (مانند A1000 و V1000) از کارت SI-N3 استفاده میکنند.
پروتکلهای ارتباطی PROFIBUS-DP
PROFIBUS یک فیلدباس کلاسیک است که توسط سازمان PROFIBUS & PROFINET International (PI) توسعه یافته و بر بستر فیزیکی RS-485 اجرا میشود. PROFIBUS که مخفف Process Field Bus است، دارای دو نسخه اصلی میباشد که یاسکاوا از نسخه DP (Decentralized Peripherals) آن برای کاربردهای اتوماسیون با سرعت بالا پشتیبانی میکند. PROFIBUS یک شبکه فیلدباس مبتنی بر RS-485 با قابلیت اتصال چند نودی است و همچنان به عنوان یکی از پرکاربردترین شبکههای کارخانهای و صنعتی شناخته میشود.
در یک شبکه PROFIBUS-DP کنترلر PLC بصورت سیکلی (cyclic) درایو را پول (poll) میکند. اینورترهای یاسکاوا از کارت رابط SI-P3 استفاده میکنند که با پروفایلهای مستر و اسلیو (master & slave) PROFIBUS-DP سازگار است. از طریق این رابط، PLC قادر است دادههای ورودی و خروجی، پارامترها و رجیسترهای کنترلی را بصورت سیکلیک و در قالب فریمهای ارتباطی DP خوانده و بنویسد.
پروتکلهای سریالی در اینورتر یاسکاوا
پروتکلهای ارتباطی Modbus RTU
Modbus RTU نسخه سریال و کلاسیک پروتکل Modbus است که بر بستر فیزیکی RS-485 و در برخی موارد RS-232 اجرا میشود. تبادل داده در این پروتکل از طریق فریمهای Modbus RTU انجام میگیرد که با شناسه اسلیو آغاز شده و شامل دستورات خواندن و نوشتن رجیسترهایHolding، Input و همچنین Coilها میباشند. اینورترهای یاسکاوا معمولاً به پورت داخلی RS-485 و در برخی مدلها به پورت RS-232 مجهز هستند که از ارتباط Modbus RTU پشتیبانی میکنند. Modbus RTU یک پروتکل شبکهای مبتنی بر RS-485 و پرکاربرد در صنعت است که قابلیت اتصال چندین نود را داشته و در سطح شبکههای اترنت، توسط نسخه Modbus TCP/IP تکمیل میشود.
در عمل، یک PLC یا PC میتواند از طریق یک حلقه مشترک RS-485 با چندین اینورتر یاسکاوا ارتباط برقرار کند؛ بهگونهای که درخواستهای Modbus RTU برای تنظیم سرعت یا گشتاور (از طریق رجیسترهای Holding) ارسال شده و اطلاعات وضعیت عملکرد یا آلارمها از درایو خوانده شود. اغلب اینورتر یاسکاوا به ترمینال داخلی RS-485 برای ارتباط Modbus RTU مجهز هستند و در بسیاری از مدلها، پورت RS-232 با نام CN1 یا CN2 نیز در دسترس است.
بهعنوان نمونه، اینورترهای سری V1000 و U1000 ارتباط Modbus RTU را مستقیماً روی ترمینالهای RS-485 ارائه میدهند که این روش را برای یکپارچهسازیهای ساده و سیستمهای قدیمی بسیار رایج کرده است. یاسکاوا همچنین در بسیاری از مدلها امکان استفاده از Modbus RTU بر بستر RS-232 (مانند GA500 و GA800 از طریق CN2-2) را فراهم کرده است، هرچند RS-232 معمولاً به ارتباط نقطهبهنقطه محدود میشود. علاوه بر این، کارت آپشن CANopen مدل SI-S3 از پروتکل سریال MEMOBUS نیز پشتیبانی میکند، اما در عمل Modbus RTU بهعنوان رابط سریال استاندارد و غالب برای ارتباط با درایوهای یاسکاوا شناخته میشود.
