در ارتباطات شبکه‌ای صنعتی مبتنی بر پروتکل TCP/IP، دو حالت TCP Server Mode و TCP Client Mode نقش کلیدی در تبادل داده بین تجهیزات ایفا می‌کنند. این مقاله ضمن معرفی ویژگی‌ها و کاربردهای هر حالت، نحوه‌ی استفاده از بلاک‌های MB_SERVER و MB_CLIENT در نرم‌افزار TIA Portal را بررسی کرده و ارتباطات بین PLC ، سامانه‌های SCADA و گیت‌وی‌های صنعتی را تشریح می‌نماید.
۱. مقدمه
ارتباطات شبکه‌ای در سامانه‌های صنعتی مانند PLC، SCADA، گیت‌وی‌های Modbus TCP و ثبات‌های داده [1]از اهمیت بالایی برخوردار است. انتخاب صحیح بین TCP Server Mode و TCP Client Mode تأثیر مستقیمی بر نوع عملکرد و کارایی سامانه دارد. این مقاله به بررسی مفاهیم این دو حالت، تفاوت‌ها، کاربردها و نحوه پیکربندی آنها در محیط TIA Portal می‌پردازد.
۲. معرفی TCP Server Mode و TCP Client Mode
۲.۱. حالت سرور (TCP Server Mode)
در این حالت، دستگاه به‌عنوان سرور منتظر اتصال از طرف کلاینت‌ها می‌ماند. پس از برقراری ارتباط، سرور داده‌ها را دریافت، پردازش و در صورت نیاز پاسخ ارسال می‌کند.
ویژگی‌ها:
- پذیرش اتصال از سوی کلاینت‌ها؛
- امکان برقراری ارتباط همزمان با چندین کلاینت (بسته به تنظیمات)؛
- انتظار برای دریافت داده به‌جای ارسال فعالانه.
کاربردها:
- PLC یا سامانه‌ی SCADA به‌عنوان سرور، داده‌های کلاینت‌ها را دریافت می‌کند. کلاینت‌ها می‌توانند حسگرها یا سایر تجهیزات دیگر باشند.
- گیت‌وی Modbus TCP Server دستورات Modbus را از کلاینت‌ها دریافت می‌کند.
- سرورهای دیتابیس صنعتی داده‌های جمع‌آوری‌شده را در پاسخ به درخواست‌های کلاینت‌ها ارائه می‌دهند.
. مثال:
در شکل1 ، یک PLC به‌عنوان TCP Server عمل می‌کند و یک نرم افزار SCADA به‌عنوان TCP Client به آن متصل شده و داده‌های حسگرها را دریافت می‌کند.
شکل1. تصویر ارتباط PLC و ارسال اطلاعات در حالت TCP Server
۲.۲. حالت کلاینت (TCP Client Mode)
در این حالت، دستگاه به سرور متصل شده و داده ارسال می‌کند. کلاینت باید آدرس IP و پورت سرور را بداند تا بتواند ارتباط برقرار کند.
ویژگی‌ها:
- اتصال فعالانه به سرور؛
- امکان ارسال و دریافت داده پس از برقراری ارتباط؛
- معمولاً هر کلاینت تنها به یک سرور متصل می‌شود.
کاربردها:
- دیتالاگرها داده‌های خود را به سرور مرکزی ارسال می‌کنند.
- گیت‌وی سریال به‌عنوان TCP Client داده‌های RS-485 را به سرور منتقل می‌کند. در حالت Modbus-RTU (RS-485) نیاز به تبدیل درگاه سریال به درگاه اترنت (Modbus TCP) وجود دارد.
- تجهیزات IoT داده‌ها را به سرورهای ابری ارسال می‌کنند.
مثال:
شکل 2. ثبات داده مدل RC52 شرکت ویسکو در نقش TCP Client
یک ثبات داده (مدل RC52 در شکل2 که داده‌های فلومتر و پاورمیتر و PLC را جمع‌آوری می‌کند و به سرور مرکزی ارسال می‌کند. در این حالت، ثبات داده به‌عنوان TCP Client و سرور مرکزی به‌عنوان TCP Server عمل می‌کند.
۳. مقایسه TCP Server Mode و TCP Client Mode
| ویژگی | TCP Server Mode | TCP Client Mode |
| نقش در ارتباط | منتظر دریافت اتصال از کلاینت‌ها | اتصال فعالانه به سرور |
| نحوه آغاز ارتباط | کلاینت اتصال را آغاز می‌کند | کلاینت ارتباط را برقرار می‌کند |
| تعداد ارتباطات | امکان ارتباط همزمان با چند کلاینت | معمولاً تنها یک ارتباط با سرور |
| مثال کاربردی | PLC به‌عنوان سرور داده‌های کلاینت‌ها را دریافت می‌کند | دیتالاگر داده‌ها را به سرور ارسال می‌کند |
۴. انتخاب بین TCP Server و TCP Client در کاربردهای صنعتی
در نرم‌افزار TIA پورتال یا هر نرم‌افزار دیگر در حالتی که تجهیز کنترلی دریافت‌کننده اطلاعات یا داده‌ها از سایر تجهیزات الکترونیکی باشد از TCP Server Mode و اگر یک دستگاه باید به سرور یا تجهیز دیگر متصل شده تا اطلاعات و داده‌ها را ارسال نماید از TCP Client Mode استفاده می‌شود. برای نمونه موارد زیر ذکر میشوند:
- PLC با پروتکل Modbus TCP معمولاً TCP Server است.
- گیت‌وی سریال که داده‌ها را به سرور منتقل می‌کند، معمولاً TCP Client است.
۵. نحوه‌ی استفاده از بلاک‌های MB_SERVER و MB_CLIENT در TIA Portal
در ارتباطات Modbus TCP ، بلاک MB_SERVER زمانی استفاده می‌شود که PLC به‌عنوان TCP Server عمل کند، و بلاک MB_CLIENT زمانی به کار می‌رود که PLC در نقش TCP Client باشد. این بخش نحوه پیکربندی این بلاک‌ها را در ارتباطات مختلف شرح می‌دهد.
۵.۱. ارتباط PLC با سامانه SCADA
- PLC در نقش TCP Server با استفاده از بلاک MB_SERVER؛
- SCADA در نقش TCP Client .
پیکربندی:
- بلاک MB_SERVER در چرخه‌های OB مانند OB1 یا OB35 قرار می‌گیرد.
- آدرس Holding Registerها و Coils در تنظیمات مشخص می‌شود.
- SCADA با وارد کردن آدرس IP و پورت PLC به آن متصل می‌شود.
۵.۲. ارتباط PLC با گیت‌وی بالادست
- PLC در نقش TCP Server (MB_SERVER)
- گیت‌وی در نقش TCP Client
پیکربندی:
- MB_SERVER در PLC برای پردازش درخواست‌های Modbus استفاده می‌شود.
- گیت‌وی به آدرس IP و پورت PLC متصل می‌شود و درخواست‌ها را ارسال می‌کند.
- مطابق شکل 3 ، در این معماری صنعتی، یک PLC از طریق پروتکل Modbus TCP در حالت سرور TCP Server Mode داده‌های فرآیندی را منتشر می‌کند. یک گیت وی IoT صنعتی با استفاده از Node-RED به عنوان کلاینت TCP Client Mode این داده‌ها را دریافت و پردازش کرده و سپس از طریق پروتکل MQTT آنها را به سرور ابری ارسال می‌کند. این ساختار امکان پایش و کنترل از راه دور را در سامانه‌های صنعتی هوشمند فراهم می‌سازد.
شکل 3. نمونه‌ای از ارتباط سرور و کلاینتی در طرح واره قبل
- نحوه پیکربندی در: TIA Portal
- در PLC ، MB_SERVER برای پردازش درخواست‌های Modbus از گیت‌وی استفاده می‌شود.
- گیت‌وی در نقش TCP Client تنظیم شده و به آدرس IP و پورت PLC متصل می‌شود و درخواست‌های Modbus TCP را ارسال می‌کند.
- تصویر این دو بلوک در شکل 4 آمده است. در این تصویر، بلوک‌های MB_CLIENT برای ارتباطات Modbus در PLC به نمایش درآمده‌اند. در سمت چپ، بلوک MB_CLIENT برای برقراری اتصال و ارسال داده‌ها به صورت Client طراحی شده است و در سمت راست، بلوک MB_CLIENT برای عملیات اتصال، قطع اتصال و مدیریت وضعیت‌ها به کار می‌رود. این فرآیند شامل پارامترهایی همچون EN، REQ، DONE و ERROR است که وضعیت ارتباطات و ارسال داده‌ها را کنترل می‌کنند.
مثال 4. نحوه‌ی پیکربندی پروتکل مدباس در TIA Portal:با استفاده از این دو بلوک
۵.۳. ارتباط Peer-to-Peer بین دو : PLC
- PLC اول TCP Client (MB_CLIENT)
- PLC دوم TCP Server (MB_SERVER)
پیکربندی:
- MB_CLIENT در PLC اول برای ارسال درخواست‌ها استفاده می‌شود.
- MB_SERVER در PLC دوم برای پاسخ‌دهی به درخواست‌ها پیکربندی می‌شود.
| ارتباط بین تجهیزات | نقش TCP Client | نقش TCP Server | بلاک مورد استفاده در PLC |
| PLC و SCADA | SCADA (HMI, DCS) | PLC | MB_SERVER در PLC |
| PLC و گیت‌وی بالادست | گیت‌وی | PLC | MB_SERVER در PLC |
| ارتباط Peer-to-Peer بین PLCها | PLC اول | PLC دوم | MB_CLIENT در PLC اول، MB_SERVER در PLC دوم |
۶. نتیجه‌گیری
انتخاب صحیح بین TCP Server Mode و TCP Client Mode در ارتباطات صنعتی مبتنی بر Modbus TCP تأثیر به‌سزایی در عملکرد سامانه دارد. استفاده از بلاک‌های MB_SERVER و MB_CLIENT در نرم‌افزار TIA Portal، امکان پیاده‌سازی ارتباطات پایدار و کارآمد را در سری زیمنس فراهم می‌سازد. در ارتباط با SCADA یا گیت‌وی، معمولاً PLC در نقش TCP Server عمل می‌کند، درحالی‌که در ارتباط نظیر به نظیر[2] بین PLC ها، یکی از PLCها به‌عنوان TCP Client و دیگری به‌عنوان TCP Server پیکربندی می‌شود.کلید موفقیت در ارتباطات صنعتی، پیکربندی صحیح تجهیزات، انتخاب بلاک‌های مناسب و انجام آزمایش‌های شبیه‌سازی قبل از پیاده‌سازی عملی است.
[1] Data Logger
[2] Peer-to-Peer
