Łączenie urządzeń, maszyn i sieci wykorzystujących różne protokoły transmisyjne stawia przed przedsiębiorstwami szereg wyzwań. Profinet i Profibus są protokołami powszechnie stosowanymi w sterownikach PLC i systemach SCADA, podczas, gdy urządzenia polowe takie jak mierniki, liczniki czy falowniki komunikują się zwykle za pośrednictwem protokołu Modbus. Problem jaki tutaj powstaje to konwersja odpowiednich protokołów zgodnie z wymaganiami naszej aplikacji.
Dlaczego konwertery protokołów są pomocne?
Konwertery protokołów przemysłowych odgrywają główną rolę w rozwiązywaniu problemów z konwersją różnych protokołów, a także obniżają koszty umożliwiając zachowanie oryginalnych urządzeń, sprzętu i sterowników PLC. Umożliwiają nie tylko konwersje protokołów między starszymi urządzeniami i sterownikami PLC, ale także łączenie danych z różnych obiektów przed wysłaniem ich do systemów PLC lub SCADA. Dlatego dodanie bramek protokołów do systemu umożliwia realizację rozproszonej architektury sieci, która przynosi znaczne korzyści, takie jak większa elastyczność całego systemu, skalowalność i oszczędność kosztów okablowania.
MGate 5103 – konwerter Modbus, EtherNET/IP na Profinet
W poniższym wpisie chcemy zaprezentować możliwości i najważniejsze funkcjonalności konwerterów protokołów przemysłowych Moxa na przykładzie MGate 5103. MGate 5103 to przemysłowa bramka komunikacyjna, która umożliwia konwersję z Modbusa, EtherNET/IP na protokół Profinet. Możliwe są do zrealizowania następujące warianty.
Bramy protokołów Moxa oferują również:
- Połączenia Ethernetowe typu magistrala (daisy chain) obniżające koszty instalacji przełączników (switchy Ethernetowych) oraz obniżające koszty okablowania.
- Przekaźnikowe wyjścia alarmowe do podłączenia alarmów sygnałowych umożliwiają wysyłanie ostrzeżeń o wszelkich nietypowych sytuacjach, np. nieprawidłowym zasilaniu czy utracie połączenia.
- podwójne (redundantne) zasilanie – w celu zmaksymalizowania niezawodności, co jest szczególnie potrzebne w krytycznych instalacjach.
Zestaw demo
Zestaw urządzeń, który został zbudowany na potrzeby tego artykułu składa się z następujących urządzeń:
- laptop z zainstalowanym oprogramowaniem inżynierskim TIA Portal v15.1;
- sterownik PLC Siemens S7-1200FC;
- konwerter protokołów Modbus TCP <-> Siemens – MGate 5103;
- ioLogik E1212 – moduł 8 wejść cyfrowych oraz 8 wyjść cyfrowych;
- ioLogik E2242 – moduł 12 konfigurowalnych wejść/wyjść cyfrowych oraz 4 wejść analogowych;
- wieża sygnalizacyjna;
Zasada działania naszego demo jest bardzo prosta. Wykorzystujemy dwa moduły wejść-wyjść do zbierania sygnałów z różnych lokacji. Iologiki komunikują się z wykorzystaniem protokołu Modbus TCP. MGate 5103 wykorzystywany jest to konwersji protokołu Modbus TCP na Profinet. Konwersja protokołu umożliwia monitorowanie interesujących nas sygnałów w TIA Portal. Dodatkowo, wykorzystując wejścia cyfrowe w ioLogik E1212 wpływamy (zgodnie z zaimplementowaną logiką w sterowniku PLC) na zmianę wyjść cyfrowych sterownika, do których podłączona jest wieża sygnalizacyjna.
Konfiguracja bramki MGate 5103
Zachęcamy do odwiedzenia naszego bloga, gdzie szczegółowo omawiamy proces konfiguracji poniższej topologii wraz z integracją bramki MGate 5103 w TIA Portal. Link do artykułu: blog Moxa
Pełen opis konfiguracji, wraz z rzutami ekranu dostępny jest we wcześniej wspomnianym artykule. Niemniej jednak warto wyróżnić najważniejsze punkty, które powtarzają się w każdej aplikacji.
1. Wstępna konfiguracja urządzenia, adresacja, wybór protokołów przemysłowych
Oczywiście pierwszym krokiem, który musimy wykonać jest wybranie i wstępna konfiguracja protokołów przemysłowych. Fajną funkcją w bramkach Moxa jest wbudowany, intuicyjny Wizzard, który w pięciu prostych krokach umożliwia przeprowadzenie praktycznie większości konfiguracji. W naszym przypadku wybieramy Profinet IO Controller, a MGate 5103 będzie pełnił funkcję Profinet IO Device.
2. W następnym kroku należy zdefiniować komendy Modbus, które bramka będzie wykorzystywać do odpytywania Slave’ów. Musimy tutaj podać parametry takie jak:
- adres IP Slave’e,
- numer portu na którym nasłuchuje Modbus TCP,
- wykorzystywana funkcja Modbus,
- adres i liczba odczytywanych rejestrów.
W przypadku konwersji pomiędzy różnymi protokołami MGate pracuje w trybie Agenta i wykorzystuje swoją wewnętrzną pamięć do wymiany danych. Wewnętrzna pamięć MGate podzielona jest na dwie części – input oraz output. Wykorzystując opcję I/O Data Mapping możemy ręcznie wybrać rejestry w wewnętrznej pamięci MGate, w których będą zapisywane dane. Można również wybrać opcję automatyczną, która będzie zapisywać dane w pierwszych wolnych rejestrach w pamięci wewnętrznej.
3. Eksport pliku GSD i integracja MGate w TIA Portal
Aby umożliwić projektowanie systemu, wymagany jest do konfiguracji plik GSD (General Station Description) danego urządzenia polowego. Plik GSDML w formacie XML opisuje właściwości i funkcje stacji polowej PROFINET IO. Zawiera on wszystkie dane istotne dla projektowania, jak również wymianę danych z urządzeniem.
Plik GSD można pobrać ze strony producenta lub wyeksportować ze wstępnie skonfigurowanymi parametrami w zakładce Protocol Settings -> Profinet IO klikając w przycisk Export GSDML.
Zaimportowane sygnały można oczywiście wykorzystywać podczas pisania programu, czy w trakcie tworzenia wizualizacji. W zakładce Watch and force tables w TIA Portal możemy monitorować, jak również zmieniać wartości naszych zmiennych.
Monitorowanie i diagnostyka
Wszyscy wiemy, że szybka diagnostyka urządzeń ma ogromne znaczenie. Jeżeli dojdzie do awarii, chcemy jak najszybciej zdiagnozować usterkę, aby ewentualnie czasu przestoju urządzeń były możliwie najkrótsze.
Konwertery protokołów Moxa umożliwiają kilka sposobów na monitorowanie poprawnego funkcjonowania urządzeń.
1. Modbus TCP Diagnostics
Dzięki tej funkcji można odczytać status m.in. każdego podłączonego urządzenia (klienta) oraz liczbę wysłanych zapytań oraz otrzymanych odpowiedzi.
2. Modbus TCP Traffic
Wykorzystując tę funkcję można podsłuchać komunikację, bez konieczności stosowania zewnętrznego oprogramowani (np. Wiresharka).
3. PROFINET Diagnostics
W zakładce PROFINET Diagnostics możemy sprawdzić status podłączonego Controllera Profinet, jego adres MAC, a także szczegóły związane z wymienianymi danymi Input/Output.
4. Fault Protection
W przypadku utraty komunikacji z układem sterujący, MGate cały czas wysyła zapytania, ale nie otrzymuje odpowiedzi. Nie zawsze takie zachowanie jest pożądane. Ze względów bezpieczeństwa, w przypadku utraty komunikacji, np. ze sterownikiem bezpieczeństwa, można skonfigurować „bezpieczne” zapytania, które zostaną wysłane.
W ofercie firmy Moxa możemy znaleźć szerokie portfolio konwerterów protokołów przemysłowych. Mamy tutaj na myśli zarówno proste konwertery Modbus RTU na TCP i Modbus TCP na RTU, jak i bardziej złożone konwertery Profibus, Profinet, DNP, Ethernet/IP, CAN-J1939, które zapewniają bezproblemową wymianę danych pomiędzy urządzeniami zaprojektowanymi do komunikacji z wykorzystaniem protokołów opartych o Ethernet i standardy szeregowe.
Zachęcamy do zapoznania się ze szczegółami naszej oferty konwerterów protokołów przemysłowych.
W przypadku pytań, można się z nami skontaktować drogą mailową: moxa@elmark.com.pl