Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

https://iautomatyka.pl/wp-content/uploads/2022/05/obraz-1.jpg

Konwertery protokołów przemysłowych – zastosowanie w automatyce

autor: Pawel Wroc.

Obecnie chyba już każdy przyzwyczaił się, że do każdego urządzenia można podłączyć się przez port Ethernetowy komputera. Czy to jest Modbus TCP/IP, Profinet – wystarczy skrętka, switch i  wykorzystując komputer z odpowiednim oprogramowaniem, można podłączyć się do wybranego urządzenia.

Interfejsy w automatyce to nie tylko Ethernet, ale także inne protokoły komunikacyjne np. Modbus, Profibus, RS232 itp.- szczególnie jeśli są to starsze urządzenia.


Najnowsze urządzenia nie posiadają już interfejsów szeregowych- przykładowo współczesne  komputery już nie są wyposażone w porty szeregowe. Podobnie jest z urządzaniami automatyki np. w sterownikach wbudowane porty RS232/RS485 są zastępowane interfejsem Ethernet/Profinet itp.

A co zrobić jeśli zachodzi potrzeba połączenia starszego urządzenia z nowoczesnym systemem, gdzie interfejsy nie są kompatybilne? Jak można podłączyć komputer do urządzenia z portem szeregowym. Z pomocą przychodzą nam różnego typu konwertery i przejściówki, za pomocą których można spiąć dwa systemy, przejść z jednego interfejsu na inny, lub po prostu podłączyć komputer do danego urządzenia.

 Czy warto stosować adaptery i konwertery

Nie jestem zwolennikiem wykorzystywania różnego rodzajów konwerterów i przejściówek w sytuacji, gdy może być wykorzystany dostępny moduł komunikacyjny np. dla danego sterownika PLC. Przykładowo dla sterownika S7-1200 można użyć modułu rozszerzenia lub płytki sygnałowej dla Modbus RTU i nie ma konieczności stosowania specjalnych przejściówek np. z PROFIBUS na MODBUS RTU.

Często spotykam się z sytuacją gdy producent dostarcza urządzenie, deklarując, że udostępnia wskazany interfejs, który obowiązuje na danym zakładzie. Oczywiście w środku zostaje zamontowany konwerter (często jak najtańszy) i w dodatku nie skonfigurowany. Ale w specyfikacji i papierach wszystko się zgadza.

Natomiast  oczywiście zawsze gdzieś po drodze jest cena i dostępność danych komponentów, co w ostatnich miesiącach jest nie lada problemem i wyzwaniem dla dostawców systemów automatyki. W tym wszystkim należy znaleźć złoty środek oraz być świadomym ryzyka i problemów jakie mogą wystąpić stosując wybrane komponenty automatyki.

Czasem zastosowanie tanich urządzeń tzw „chińczyków” może spowodować wiele problemów. Takiej komunikacji albo nie uda się uruchomić, albo będzie się zawieszać itd.

Problemów z takimi urządzeniami jest więcej:

  • po pewnym czasie już nikt nie pamięta jaka jest konfiguracja urządzenia
  • brak narzędzi do konfiguracji, brak możliwości modyfikacji komunikacji
  • nikt nie jest w stanie zagwarantować, że takie urządzenie będzie działać kilka lat
  • często takie konwertery są zasilane z gniazda serwisowego szafy itp.

W swojej pracy natomiast wykorzystuje adaptery do diagnostyki urządzeń, wgrywania programu do sterowników z budowanym portem szeregowy, diagnostyki komunikacji itp. Często ułatwiają i przyśpieszają prace. Albo zostają użyte w celu poprawienia „komfortu” pracy- zawsze lepiej pracować przy biurku w ciszy i ciepłym miejscu, niż siedzieć z laptopem na kolanach przy szafie na szpuli od kabli.

Poniżej przedstawię jakich konwerterów używam w swojej pracy i jaki sposób ułatwiają pracę automatyka.

Konwerter USB<->Modbus RTU

Do diagnostyki wymiany danych z wykorzystaniem protokołu konfiguracyjnego RS485 Modbus RTU wykorzystuje urządzenie ICP-CON i-7561.

Jest to konwerter, który zabieram ze sobą ZAWSZE, kiedy mam do czynienia z Mobusem RTU. Adapter zostaje podłączony do komputera za pomocą portu USB. Mając na komputerze zainstalowane odpowiednie oprogramowanie, jestem w stanie zasymulować urządzenie master lub slave w sieci Modbus RTU.

Obecnie pierwszym krokiem jaki wykonuje, przy podłączaniu urządzeń z portem RS485, to właśnie podłączenie tej przejściówki. Dzięki niej mogę m.in:

  • ustalić prawidłowe parametry komunikacji;
  • sprawdzić prawidłowe podłączenie urządzenia, okablowanie;
  • odczytać wartości z rejestrów aby późnej porównać wartości rejestrów odczytane np. przez sterownik PLC

Urządzenie można zainstalować na szynie DIN. Ma też połączenia śrubowe, do których można podłączyć przewody (szybkie podłączenie, nie trzeba lutować wtyczek).  Urządzenie również zapewnia separację galwaniczną między portem USB komputera i portem szeregowym urządzenia.

Na dodatkowych porach urządzenia dostępne są również interfejsy RS-422 oraz RS232 (jak dotąd nigdy z nich nie korzystałem).

Modbus Slave

Jeśli wymagane jest symulowanie urządzenia typu Modbus Slave, wykorzystuję do tego oprogramowanie Modbus SLAVE.

Oprogramowanie umożliwia m.in.

  • konfigurację parametrów komunikacji- Connection setup
  • konfigurację slave- adres, adres i liczbę rejestrów- Slave definition

Oprogramowanie może również posłużyć do konfiguracji urządzenia slave w sieci Modbus TCP/IP- jako interfejs w takim przypadku posłuży karta sieciowa komputera.

Modbus Master

Jeśli wymagane jest symulowanie urządzenia typu Modbus Master, wykorzystuję do tego oprogramowanie Modbus Poll.

Oprogramowanie umożliwia m.in.

  • konfigurację parametrów komunikacji- Connection setup
  • parametry urządzenia Slave, które jest odpytywane przez Mastera – adres urządzenia, adres i liczbę rejestrów- Read/write Definition.

Przykład 1

Najczęstszy przypadek zastawania prezentowanego konwertera. Sterownik S7-1200 z płytka RS485 który jest masterem w sieci Modbus RTU i ma odczytywać dane ze slava. Zamiast slava podłączam prezentowany powyżej konwerter.

Program w sterowniku S7-1200. Sterownik odczytuje jeden rejestr (2 bajty) od adresu 0 (40001).

Konfiguracja slava (konwertera protokołu).

Odczyt w sterowniku wartości wystawionej przez slava.

Najfajniejsze w tego typu konwerterze i programie jest możliwość podglądu na bieżąco ramek Modbus, dzięki czemu, można „rozłożyć” komunikację na części pierwsze.

Zapytanie RX

  • 00 adres urządzenia
  • 03 kod funkcji, odczyt rejestrów
  • 00 adres początku rejestru (H, L) – w przykładzie adres początku równa się 0
  • 00 01 ilość rejestrów (h, L) – w przykładzie jest przesyłany jeden rejestr
  • 84 0A – CRC

Odpowiedź Tx

  •  00 adres urządzenia
  •  03 kod funkcji, odczyt rejestrów
  • 02 ilośc przesyłanych bajtów –
  • 00 37 wartość rejestru (H, L) – w przykładzie wartość 55 (dec)= 37 (Hex)
  • F9 92 – CRC

Przykład 2

Odczyt wartości dwóch rejestrów.

Zapytanie RX

  • 00 adres urządzenia
  • 03 kod funkcji, odczyt rejestrów
  • 0000 adres początku rejestru (H, L) – w przykładzie adres początku równa się
  • 000 02 ilość rejestrów (H, L)  w przykładzie są przesyłane dwa rejestry
  • C4 0b – CRC

Odpowiedź Tx

  • 00 adres urządzenia
  • 03 kod funkcji, odczyt rejestrów
  • 04 ilość przesyłanych bajtów  –
  • 00 0B wartość pierwszego rejestru (H, L) – w przykładzie wartość 11 (dec)= B (Hex)
  • 00 0C wartość drugiego rejestru (H, L) – w przykładzie wartość 12 (dec)= C (Hex)
  • 8B F4 – CRC

Konwerter PROFIBUS DP <-> Modbus RTU

W ofercie dostępnych konwerterów znajdują się urządzenie, dzięki którym można do sieci PROFIBUS podłączyć urządzenia z interfejsem MODBUS RTU.

W przedstawionym poniżej przykładzie, do istniejącej instalacji opartej na sieci PROFIBUS zostały podłączone pompy zasilone poprzez falowniki (przemienniki częstotliwości). Są to falowniki jednej z znanych firm i posiadają wbudowany standardowo port komunikacyjny RS485. Podłączenie bezpośrednio do sieci PROFIBUS wymagałoby dokupienia dodatkowej karty komunikacyjnej.  Ponieważ na realizację zadania była przeznaczona określona kwota, zostały zastosowane konwertery PROFIBUS <-> MODBUS.

Jako konwertery do podłączenia falowników do sieci Profibus zastosowano urządzenia ICP CON GW7552

Poniżej przykład konfiguracji adaptera w środowisku S7 Manager (dla innych systemów konfiguracja wygląda podobnie).

Dla każdego z urządzeń (konwertera) można ustawić parametry komunikacji Modbus RTU (prędkość transmisji, bit stopu, master/slave, adres urządzenia). W tym przykładzie przejściówki pełnią funkcję mastera w sieci Modbus RTU. Można również skonfigurować adaptery jako urządzenia slave w sieci Modbus.

Dane INPUT udostępniane w sieci PROFIBUS są jednocześnie rejestrami czytanymi z urządzenia- konwerter [Master] odczytuje dane z rejestrów falownika [Slave]. Liczba danych odczytywanych w sieci Profibus odpowiada liczbie rejestrów odczytywanych w sieci Modbus RTU.

Dane OUTPUT zapisywane w sieci PROFIBUS są jednocześnie rejestrami zapisywanymi do urządzenia- konwerter [Master] przesyła dane do rejestrów falownika [Slave]. Liczba danych nadpisywanych w sieci Profibus odpowiada liczbie rejestrów przesyłanych do urządzenia w sieci Modbus RTU.

W konfiguracji przejściówki GW7552 należy również dodać obszar wyjść System setting. Jeśli dane mają być przesyłane z sieci PROFIBUS do urządzenia slave należy na pierwszym Byte ( np. QB109) wpisywać licznik o zakresie 0-255. Za każdym razem, kiedy wartość na bajcie zostanie zmieniona, nowe dane zostaną przesłane z adaptera do falownika.

W jaki sposób dane są przesyłane z konwertera do urządzenia Modbus, należy zapoznać się z DTR urządzenia, ponieważ spotkałem się z różnymi metodami. Najczęściej jest to wyzwalanie zapisu poprzez zmianę wartość licznika, ale spotkałem się też z adapterem, gdzie wymagane było wpisanie odpowiedniej liczby do zmiennej System setting.

Konwerter USB<-> MPI

Często łączę się komputerem (programatorem) do starszych sterowników serii S7-300. Zazwyczaj sterowniki nie posiadają wbudowanego portu Ethernet lub dodatkowego modułu CP. Jedynym ze sposobów na podłączenie się do takiego sterownika (jeśli nie posiada się programatora PG Siemens) to zastosowanie adaptera MPI.

Jest to oryginalna przejściówka Siemens. Jej główne zalety:

  • przejściówka wykorzystuje port USB komputera, nie jest wymagany port szeregowy RS
  • kompatybilność ze środowiskiem STEP 7 Manager, sterowniki zostaję zainstalowane razem ze środowiskiem S7 Menager;
  • nie potrzebuje dodatkowego zasilania zewnętrznego

Wadą jest natomiast to, że musimy praktycznie znajdować się przy szafie ze sterownikiem- krótkie kable do podłączenia sterownika z komputerem za pomocą adaptera.

Po podłączeniu przejściówki do komputera, w narzędziu Set PG/PC Interface pojawia się do wyboru PC Adapter (MPI).

Z moich doświadczeń jest to najpewniejszy i najbardziej niezawodny sposób podłączenia do starszych sterowników Simatic. Jeśli wszystkie inne sposoby zawiodły, stosuję do podłączenia właśnie ten adapter i praktycznie nigdy mnie nie zawiódł.

Na rynku dostępne są też tańsze zamienniki, nawet przypominają wyglądem oryginał. Jednak nie miałem okazji testować zamiennika.

Konwerter ETHERNET <-> MPI

Na rynku dostępne są adaptery, dzięki którem można podłączyć się do urządzeń z interfejsem MPI/PROFIBUS wykorzystując do tego port Ethernet komputera.

Zródło- https://www.ibhsoftec.com/IBH-Link-S7-PP-Eng

Przed podłączeniem trzeba ściągać drivery i oprogramowanie ze stronie producenta- oprogramowanie jest darmowe.

Po ściągnięciu oprogramowania należy skonfigurować adapter:

  • nadać nazwę stacji tj. konfiguracji adaptera
  • nadać adres IP
  • wybrać interfejs (MPI, PPI, Profibus)

Ustawienia po zatwierdzeniu przyciskiem Apply zostają przesłane do adaptera.

Na tym etapie można również dokonać wstępnej diagnostyki sieci MPI.

W oprogramowaniu Set PG/PC Interface należy wybrać adapter IBHNet.MPI.1. Dzięki temu można połączyć się online ze sterownikiem.

Zalety prezentowanego adaptera

  • możliwość podłączenia do sterownika z wykorzystaniem karty sieciowej komputera
  • przy podłączeniu do portu MPI sterownika nie jest wymagane zasilanie zewnętrzne
  • możliwość podłączenia do sterownika przez istniejącą infrastrukturę sieciową zakładu.

Przedstawiony powyżej adapter ma jeszcze jedną bardzo ważną zaletę. Można go wykorzystać do podłączenia SCADY (zainstalowanej na komputerze z interfejsem Ethernet) do sterowników typu S7-300/400, które nie posiadają dodatkowego modułu komunikacyjnego CP. Jest to ważne gdy posiadamy naprawdę stary system (kilkunastoletni), gdzie system SCADA jest posadowiony na komputerze z kartami typu CP 5623 PCI Express X1,  komunikującymi się po MPI/PROFIBUS ze sterownikami PLC – taki sprzęt obecnie praktycznie jest już niedostępny. Jeśli komputer ulegnie awarii, a nie można wymienić sterowników, lub ważny jest czas usunięcia awarii, to można w ten sposób uruchomić wizualizację procesu na nowym komputerze i podłączyć go do starego typu sterownika.

Kolejna opcja to dołożenie modułów CP do jednostki CPU, ale tutaj może pojawić się z problemy z czasem, dostępnością i zgodnością firmware CPU i CP. Stare moduły CP są tez bardzo drogie. Dlatego zastosowanie adapteru Ethernet/MPI potrafi rozwiązać problem. Znam systemy automatyki gdzie użyty tego typu konwerter spełnia w ten sposób swoje zadanie już od kilu lat.

Warto też podkreślić, że prezentowane urządzenie jest dostępne w wersji do montażu na szynę DIN, co wygląda bardziej profesjonalnie, niż zwyczajna wtyczka na porcie sterownika.

Konwertery protokołów przemysłowych – przegląd

W swojej pracy miałem również styczność z konwerterami także innych producentów. Spełniały one swoje funkcje i pracowały albo pracują nadal prawidłowo. Przedstawione urządzenia nie należą może do najtańszych, ale na pewno bez większych obaw można stosować je w systemach automatyki .

Wszystkich urządzeń i producentów różnego typu konwerterów nie sposób wymienić. Poniżej wynik wyszukiwania konwerterów protokołów przemysłowych na stronie internetowej jednego z dystrybutora urządzeń automatyki.

Poniżej przedstawiłem ofertę dwóch producentów, których miałem okazję stosować i spełniały swoje zadania.

 

Anybus

Pełną  ofertę adapterów można znaleźć na stronie internetowej https://www.anybus.com.

Dostępne są różnego rodzaju przejściówki i konwertery. Na stronie dostępna jest wygodna wyszukiwarka urządzeń.

Wykorzystywałem urządzenia tego producenta przy podłączeniu urządzeń Modbus RTU w sieci Profibus oraz Modbus TCP/IP itp.

 

MOXA

Poniżej przykładowa lista urządzeń dostępna na stronie jednego z polskich dystrybutorów urządzeń automatyki. Jedne z lepszych urządzeń pod względem jakości i niezawodności.

Urządzenia MOX zawsze spełniały swoje funkcje. Firma także ma w swojej ofercie różnego typu przejściówki kabel/światłowód.

Podsumowanie

Konwertery protokołów przemysłowych potrafią na pewno ułatwić pracę i za ich pomocą można rozwiązać nie jeden problem. Są bardzo pomocne przy łączeniu starych systemów z nowymi, gdzie mamy do czynienia z różnymi interfejsami komunikacyjnymi. Dzięki nim można również zastąpić drogie firmowe programatory zwykłymi komputerami zachowując pełną funkcjonalność. Należy także pamiętać o stosowaniu urządzeń od sprawdzonych i polecanych dostawców komponentów automatyki.



Utworzono: / Kategoria:

Reklama

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!



PRZECZYTAJ RÓWNIEŻ



NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

Reklama



POLECANE FIRMY I PRODUKTY
  • Monitorowanie obciążenia i rozdział potencjałów w jednym kompletnym rozwiązaniu To innowacyjny system dystrybucji napięcia 24 V DC zapewniający monitorowanie obciążenia i dystrybucję potencjałów w jednym kompletnym rozwiązaniu. Bezawaryjna ...
  • ÖLFLEX® CLASSIC 110 – elastyczny przewód sterowniczy do różnych zastosowań, w płaszczu z PVC, aprobata VDE, odporność na oleje, 300/500 V, również do YSLY lub YY CPR: informacje pod adresem www.lapppolska.pl Certyfikat zgodności VDE z...
  • To rozwiązanie oparte o technologię LoRaWAN pozwala skutecznie realizować działania ograniczające ryzyko rozprzestrzeniania się wirusa . Możliwość automatycznej kontroli dystansu z jednoczesnym monitoringiem relacji i wstecznym śledzeniem k...
  • Zapraszamy Cię na pełny kurs zdalnego dostępu SECOMEA. Kurs powstał z myślą o każdym, kto chce zgłębić tajniki zdalnego dostępu do maszyn i sieci przemysłowej. Zdalny dostęp rozwija się dynamiczne i zyskuje na znaczeniu zwłaszcza w sytuacji...
  • Obsługa za pomocą urządzeń mobilnych zapewnia wygodę i ciągłość pracy Operatorzy maszyn mogą teraz płynnie przełączać kontrolę nad maszyną między głównym interfejsem HMI a urządzeniami mobilnymi. Nowa funkcja systemu mapp View firmy B&R...
  • ITP14 to uniwersalny wyświetlacz procesowy do monitorowania i kontroli procesów przemysłowych. To urządzenie ma zwartą, znormalizowaną konstrukcję i pasuje do standardowego otworu montażowego ⌀22,5 mm na lampy sygnalizacyjne. Zapewnia to sz...