كابل USB إلى منفذ تسلسلي لبرمجة وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC): ما يحتاج المهندسون إلى معرفته

لا تحتوي أحدث طرازات أجهزة الكمبيوتر المحمولة على منفذ COM. بالنسبة للمهندس الذي يُطلب منه برمجة وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) قديمة في المصنع، يُعد هذا النقص واقعًا يوميًا، والوصلة الوحيدة الممكنة هي كابل USB إلى منفذ تسلسلي.

سيساعدك هذا الدليل على معرفة أي كابلات USB إلى التسلسلية متوافقة مع أي وحدات تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLCs)، وأسباب كون برامج التشغيل أكثر عرضة للفشل مقارنة بالأجهزة، وكيفية اختبارها قبل الشراء لضمان إتمام العمل في الزيارة الأولى.

لماذا لا تزال وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة القديمة بحاجة إلى كابل USB إلى منفذ تسلسلي

ادخل إلى معظم المصانع التي شُيّدت قبل عام ٢٠١٥، وستجد وحدات تحكم سيمنز S7-200 لا تزال تُشغّل خطوط الإنتاج. أما آلات التعبئة والتغليف، فتُشغّلها وحدات ميتسوبيشي FX2N. وتبقى أنظمة النقل التي تُشغّلها وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة أومرون C200H قيد التشغيل نظرًا لمتانتها التي لا تتعطل على مدى خمسة عشر عامًا، ولذلك لا يرغب أحد في استبدالها.

تُجرى عملية استبدال وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) في البيئات الصناعية ببطء متعمد. لا يتم استبدال وحدة التحكم لمجرد توفر طراز أحدث، بل يتم استبدالها في حالة تعطلها، أو عدم القدرة على الحصول على قطع غيار، أو إذا كان يجري بالفعل إعادة تصميم خط الإنتاج بالكامل لأسباب أخرى.

تحتوي وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) القديمة هذه على منافذ برمجة إما RS232 أو RS485. الطريقة الوحيدة لتوصيل حاسوب محمول حديث بهذه الوحدات هي استخدام كابل USB إلى منفذ تسلسلي، وهو كابل يحوّل منفذ USB إلى منفذ COM افتراضي يمكن لبرامج البرمجة فهمه. الخطوة الأولى لضمان صحة هذا الاتصال هي تحديد نوع واجهة كل وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) بدقة.

اختيار كابل USB إلى Serial المناسب لجهاز PLC الخاص بك

هنا تكمن معظم أخطاء الشراء. فالمعيار الكهربائي والشكل المادي للموصل مسألتان مختلفتان، ولا تتطابقان بالضرورة مع ما هو مذكور على ملصق اللوحة.

سلسلة سيمنز S7

يُعدّ جهاز S7-200 مصدرًا شائعًا لأخطاء اختيار الكابلات في التطبيقات العملية. منفذ البرمجة فيه عبارة عن موصل DB9 أنثى، وهو بنفس شكل منفذ RS232 التقليدي في أجهزة الكمبيوتر القديمة. يعتقد المهندسون المعتادون على استخدام أجهزة RS232 أنهم بحاجة إلى كابل USB إلى RS232. في الواقع، منفذ برمجة S7-200 هو RS485. لن يتسبب كابل USB إلى RS232 في أي ضرر لجهاز PLC، ولكنه لن يُتيح الاتصال.

لبرمجة جهازي S7-200 و S7-200 SMART، ستحتاج إلى كابل USB إلى RS485. البرنامج المستخدم هو STEP 7 Micro/WIN في حالة جهاز S7-200 الأصلي، و STEP 7 Micro/WIN SMART في حالة سلسلة SMART.

يستخدم جهازا S7-300 وS7-400 منافذ MPI أو PROFIBUS التي تعمل على الطبقة الفيزيائية RS485، ولكن ببروتوكول MPI خاص بشركة سيمنز. ولن يُحلّ هذا الأمر باستخدام كابل USB إلى RS485 عام، إذ يتطلب هذان الطرازان محول USB-MPI خاص. أما الاتصال في جهازي S7-1200 وS7-1500 فيتم عبر الإيثرنت، ولا يتطلب أي كابل تسلسلي على الإطلاق.

سلسلة ميتسوبيشي FX و Q

تُعدّ طرازات Mitsubishi FX القديمة من أكثر الطرازات التي يُهمل المستخدمون اختيار كابل USB إلى منفذ تسلسلي لاستخدامه في برمجة وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). تستخدم سلسلة FX1S وFX1N وFX2N بروتوكول RS422 عبر موصل Mini DIN ذي 8 دبابيس. لا يتوافق RS422 كهربائيًا مع RS232 وRS485. لذا، لا يمكن التواصل مع هذه الطرازات باستخدام كابل USB إلى RS232 أو USB إلى RS485 مهما كانت التكوينات المستخدمة.

تحتاج أجهزة FX1S وFX1N وFX2N إما إلى كابل Mitsubishi SC-09 الأصلي أو كابل USB إلى RS422 بديل مباشر مزود بترتيب دبابيس Mini DIN ذي 8 دبابيس. برنامج GX Developer هو البرنامج المتوافق.

تم نقل أجهزة FX3U وFX3G وFX3S إلى منفذ USB Mini-B للسماح بالاتصال المباشر بالكمبيوتر المحمول، ولم تعد هناك حاجة لاستخدام كابل تسلسلي على الإطلاق. أما الطرازات الأقدم من سلسلة Q فتعمل مع RS232 عبر منفذ DB9 ذكر باستخدام كابل USB إلى RS232 قياسي وبرنامج GX Works2.

سلسلة أومرون CP و CJ و Legacy

تستخدم وحدات التحكم الحالية من سلسلة Omron CP و CJ، وهي CP1E و CP1H و CP1L و CJ2M و CJ2H، وصلة USB-B القياسية. ولا تحتاج هذه الطرازات إلى كابل USB إلى منفذ تسلسلي.

يُعد كابل USB إلى منفذ تسلسلي مفيدًا أيضًا عند العمل مع الأجهزة القديمة من سلسلة أومرون. تحتوي سلسلتا C200H وC200HE على منفذ RS232 باستخدام موصل DB9 ذكر، وتحتاجان إلى كابل USB إلى RS232. أما جهاز CQM1 فيحتوي على منفذ RS232 ذي 5 دبابيس من نوع DIN، ويحتاج إلى كابل USB إلى RS232 مع المحول المناسب. بعد ضبط منفذ COM بشكل صحيح، يدعم برنامج CX-Programmer كلا الجيلين.

منصات شائعة أخرى

يتم تشغيل وحدات التحكم من سلسلة Delta DVP - DVP-SS2 وDVP-SE وDVP-SV2 - عبر وصلة RS232 من نوع DB9 ذكر. يعمل كل من برنامجي WPLSoft وISPSoft مع كابل USB إلى RS232 قياسي طالما تم ضبط منفذ COM بشكل صحيح.

يستخدم كل من جهازي Schneider Electric Modicon M221 وM241 الحاليين منفذ USB Mini-B. أما سلسلة TSX Micro وNano الأقدم فتستخدم منفذ RS232، لذا ستحتاج إلى كابل USB إلى RS232 ومحول البرمجة المناسب.

تثبيت برنامج التشغيل: من أين تبدأ معظم مشاكل كابل USB إلى Serial

عند استخدام نوع الكابل المناسب، تكمن المشكلة الحقيقية في عدم توافق برنامج التشغيل. ويعود السبب في معظم الحالات إلى أحد ثلاثة أمور: شريحة غير صحيحة داخل الكابل، أو رقم منفذ COM غير صحيح لا يتعرف عليه البرنامج، أو معدل نقل بيانات غير صحيح.

FTDI وCH340 وCP2102: لماذا تُعدّ الشريحة مهمة؟

يُصنع كل كابل USB إلى منفذ تسلسلي باستخدام إحدى ثلاث رقائق تحويل. ويعتمد سلوك برنامج التشغيل وأداؤه مع برامج البرمجة الصناعية على نوع الرقاقة المستخدمة.

تأتي أنظمة التشغيل Windows 8 والإصدارات الأحدث، ومعظم توزيعات Linux، و macOS مزودةً مسبقًا بدعم برامج تشغيل FTDI FT232RL و FT232H، ولا تتطلب تثبيتًا يدويًا. نادرًا ما تكون أجهزة FTDI غير متوافقة مع برامج STEP 7 Micro/WIN و GX Works2 و CX-Programmer. عند العمل الميداني وتوقف خط الإنتاج، تُعدّ أجهزة FTDI الأقل عرضةً للمشاكل.

تُعدّ رقائق CH340 وCH341 شائعة الاستخدام في كابلات USB إلى التسلسلية منخفضة التكلفة، وغالبًا ما تتطلب تثبيت برامج التشغيل يدويًا على نظامي التشغيل Windows 10 و11. وقد وردت تقارير عن تسبب بعض الكابلات التي تعتمد على رقائق CH340 في مشاكل متقطعة في التعرف على منفذ COM مع برنامج STEP 7 Micro/WIN والإصدارات السابقة من برنامج GX Developer. وهي مناسبة للاستخدام في المكاتب، ولكن استخدامها محفوف بالمخاطر عند ضيق الوقت المتاح في الميدان.

يُعدّ كلٌّ من CP2102 وCP2104 من شركة Silicon Labs خيارًا وسطًا. يميل نظاما التشغيل Windows 10 و11 إلى تثبيت برامج تشغيل CP210x تلقائيًا. يُعتبران موثوقين نسبيًا في برمجة وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)، لكنهما ليسا متوفرين على نطاق واسع مثل FTDI مع إصدارات البرامج القديمة.

ضبط منفذ COM في برامج البرمجة

بعد تثبيت برنامج التشغيل، انتقل إلى إدارة الأجهزة وسجّل رقم المنفذ الذي يستخدمه الجهاز قبل فتح أي برنامج برمجة. يمكنك الوصول إليه من خلال: إدارة الأجهزة > المنافذ (COM وLPT) > منفذ USB التسلسلي (COMx).

في هذه الخطوة من Micro/WIN: الاتصالات -> تعيين واجهة PG/PC -> كابل PC/PPI (PPI) -> الخصائص -> حدد رقم منفذ COM للمطابقة -> اضبط معدل الباود على 9600.

في GX Works2: المشروع -> وجهة الاتصال -> إعداد الربط المباشر -> التسلسلي -> حدد منفذ COM المطابق -> معدل الباود 9600.

في برنامج CX-Programmer: PLC Work Online Serial أدخل منفذ COM، واختر Toolbus أو Host Link، والذي يعتمد على طراز Omron.

إذا لم يتمكن البرنامج من تحديد موقع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) باستخدام المنفذ الصحيح، فحاول التحقق من معدل نقل البيانات أولاً. يبلغ معدل نقل البيانات الافتراضي لمنفذ البرمجة في كل من S7-200 وMitsubishi FX 9600. يُعد عدم تطابق معدلات نقل البيانات السبب الرئيسي الثاني لانقطاع الاتصال، إلى جانب استخدام نوع كابل غير مناسب.

تعارضات أرقام منافذ COM

يُخصّص كلٌّ من نظامي التشغيل Windows 10 و11 أرقام منافذ COM بناءً على سجل منافذ USB. قد يظهر كابل USB إلى منفذ تسلسلي نفسه كمنفذ COM3 على جهاز، بينما يظهر كمنفذ COM11 على جهاز آخر. تستطيع الإصدارات السابقة من برنامجي STEP 7 وGX Developer التعرّف على منافذ COM1-4 فقط. لا تتعرّف هذه البرامج على الكابلات المُخصّصة لمنفذ COM7 أو أعلى، حتى مع تثبيت برنامج التشغيل.

الخطوات كالتالي: إدارة الأجهزة -> انقر بزر الماوس الأيمن على منفذ USB التسلسلي -> خصائص -> إعدادات المنفذ -> خيارات متقدمة -> حدد رقم منفذ COM ليكون بين COM1-COM4 -> موافق.

في حال كان رقم الجهاز المستهدف غير مُفعّل، فهذا يعني أن الجهاز الآخر هو المُخصّص له. اختر عرض -> إخفاء الأجهزة المخفية، ثم احذف إدخالات منفذ COM غير النشطة وأعد تخصيصها.

تشخيص أخطاء "لم يتم العثور على منفذ COM" من ثلاث خطوات:

يظهر الكابل ضمن الأجهزة غير المعروفة ← لم يتم تثبيت برنامج التشغيل بشكل صحيح

رقم COM أعلى COM4 ← إعادة تعيينه في الإعدادات المتقدمة

لا يستجيب جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) بعد تحديد المنفذ الصحيح ← تحقق من معدل نقل البيانات، ابدأ من 9600

ما الذي يجب البحث عنه عند الشراء؟

الجودة الصناعية مقابل الجودة الاستهلاكية

يمكن استخدام كابلات USB إلى التسلسلية التي تُباع في متاجر الإلكترونيات العامة على المكتب. أما التشويش الكهربائي الناتج عن محركات الأقراص، ومحركات التردد المتغير، ووحدات تزويد الطاقة في المصانع، فيُحدث ظروفًا لا يُمكن توقعها من الكابلات المُخصصة للاستخدام المنزلي.

يُعدّ العزل البصري شرطًا أساسيًا. يعمل كابل USB-to-serial المعزول بصريًا على قطع الاتصال الكهربائي بين الحاسوب المحمول ووحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). تمر البيانات عبر حدود العزل، بينما لا تمر تيارات الأعطال. في حال عدم وجود عزل، قد يتسبب عطل أرضي في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) في تلف منفذ USB الخاص بالحاسوب المحمول - وهو عطل تم رصده تجريبيًا أثناء أعمال الصيانة الميدانية، وليس مجرد احتمال نظري.

يمكن استخدام العزل البصري بشكل اختياري في المختبرات أو المكاتب. وهو الخيار الأمثل في أي تطبيق في أرضية المصنع أو في بيئة تحتوي على شاشات عرض متغيرة التردد.

طول الكابل وجودة التصنيع

في حالة الاستخدام المعتاد لكابل USB إلى منفذ تسلسلي - لتوصيل حاسوب محمول بمنفذ برمجة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) في باب اللوحة - يكفي طول يتراوح بين 3 و 5 أمتار في معظم الحالات. أما عند تجاوز 5 أمتار، فتتدهور جودة إشارة RS232 بسرعة أكبر مع زيادة المسافة في ظروف التشويش الكهربائي. لذا، يُنصح بتقصير طول كابل مجموعة الأدوات الميدانية.

قائمة التحقق قبل الشراء

قبل طلب كابل USB إلى منفذ تسلسلي لبرمجة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، تأكد مما يلي:

• المعيار الكهربائي — RS232 أو RS485 أو RS422، وليس فقط شكل الموصل
• موصل مادي - DB9، DB25، Mini DIN ذو 8 دبابيس أو كتلة طرفية
• نطاق منافذ COM البرمجية — يتطلب كل من STEP 7 Classic و GX Developer المنافذ من COM1 إلى COM4
• اختيار الشريحة : FTDI للخدمة الميدانية، وCH340 مقبولة للاستخدام المكتبي.
• العزل البصري - مطلوب لتركيبات أرضيات المصانع واللوحات
• طول الكابل - 5 أمتار أو أقل للاستخدام في مجموعات الأدوات الميدانية المحمولة

خاتمة

يعتمد اختيار كابل USB إلى منفذ تسلسلي المناسب لبرمجة وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) على عدة عوامل. يتطلب جهاز S7-200 منفذ RS485 بدلاً من RS232. بينما يتطلب جهاز FX2N منفذ RS422 مع موصل Mini DIN ذي 8 دبابيس. في حال وجود خط إنتاج قيد التشغيل، فإن استخدام شريحة FTDI يقلل من مشاكل تعريف التشغيل مقارنةً بشريحة CH340. في أي بيئة صناعية فعلية، يُعد الكابل المعزول بصريًا خيارًا يستحق فرق السعر.

إذا تمكنا من حل هذه المشاكل قبل زيارتنا الأولى للموقع، فسوف نتخلص من فئة كاملة من الأعطال التي لا علاقة لها على الإطلاق ببرمجة PLC ولكنها تتعلق بالكابل الموجود في الحقيبة.

مؤلف

فرانك يان
المؤسس | حلول الاتصال من فارسنس

فرانك يان هو مؤسس شركة فارسينس ولديه أكثر من 13 عامًا من الخبرة في صناعة الكابلات والاتصالات، حيث عمل عن كثب مع العملاء العالميين في حلول مراكز البيانات والحلول الصناعية وحلول الاتصال الشبكي.