Jak podłączyć urządzenia szeregowe do sieci Ethernet/IP?

Wstęp

Jak sama nazwa wskazuje protokół przemysłowy Ethernet/IP oparty jest na przemysłowym Ethernecie. To nadal jeden z 2 najpopularniejszych protokołów, który w 2023 obsługiwał roku aż 18% wszystkich nowych instalacji (link). Nie dziwi zatem potrzeba integracji maszyn starszego typu, posiadających tylko łączność szeregową (tj. falowników, wysp I/O lub nawet urządzeń do akwizycji danych) z systemami nadrzędnymi po protokole Ethernet/IP (głównie sterowniki PLC Allen Bradley).

Posiadając w swoim sterowniku lub komputerze przemysłowym obsługę protokołu Ethernet/IP Scanner nie musisz wymieniać urządzeń obsługujących komunikację po łączu szeregowym (RS232 lub RS485). Jest to ogromna oszczędność pieniędzy oraz czasu, które byłyby konieczne do implementacji nowych urządzeń.

Rozwiązanie Anybus

Z punktu widzenia automatyka najlepiej jak najmniej ingerować w system nadrzędny tak, aby cała komunikacja szeregowa była obsługiwana niezależnie. Dlatego z pomocą przychodzi rodzina bram komunikacyjnych firmy Anybus – ABC30xx. W artykule tym skupimy się na Ethernet/IP - Serial, czyli ABC3007.

To rozwiązanie do skomunikowania ze sobą urządzenia Ethernet/IP Scanner (najczęściej jest to sterownik PLC firmy Allen Bradley lub system SCADA) oraz urządzenia z szeregową komunikacją - Modbus RTU lub własnej ramki. Dzięki temu nie ma potrzeby pisania dodatkowego kodu do sterownika nadrzędnego lub systemu SCADA. Po stronie szeregowej mamy do wyboru obsługę Modbus RTU lub własnej ramki (Produce/Consume lub Request/Response). Urządzeń obsługujących taką komunikację jest mnóstwo:

• falowniki,
• wyspy I/O,
• inne elementy wykonawcze.

Ty decydujesz będzie wysyłał/odbierał (do 1448 bajtów) po stronie szeregowej i udostępniał do sieci Ethernet/IP (do 1448 bajtów danych). ABC3007 posiada listwę zaciskową do łącz szeregowych RS232 i RS485, Ethernet do konfiguracji (Config X1) oraz dwa porty Ethernet w funkcji Switch do komunikacji Ethernet/IP (X2.1 oraz X2.2).

Co wyróżnia Anybus?

Istnieją takie 4 istotne cechy.

• Wysoka wydajność, czyli błyskawiczny transfer danych pozwalający w pełni wykorzystać możliwości szybkich sieci przemysłowych. Sprzętowo przyspieszona konwersja swap-endian (zamiana bajtów) oszczędza czas przetwarzania w systemach nadrzędnych.

• Trwałość. Urządzenie budowane jest od podstaw w Szwecji przy użyciu starannie dobranych komponentów przemysłowych i zweryfikowane pod kątem standardów branżowych. Sprawdzona zgodność ze wszystkimi normami odnośnie każdej z sieci (link) osiągana jest dzięki najnowszej generacji procesorowi NP40.

• Cyberbezpieczeństwo. Bezpieczne uruchamianie chroni przed złośliwym oprogramowaniem. Dodatkowo, przełącznik bezpieczeństwa zapewnia fizyczną obronę przed nieautoryzowanymi zmianami w konfiguracji.

• Łatwość konfiguracji. Szybka instalacja to zasługa intuicyjnemego GUI, łatwej do zrozumienia dokumentacji i efektywnej konstrukcji obudowy. GUI znacznie poprawia analizę danych na żywo, eksport logów oraz ewentualne generowanie paczki wsparcia technicznego.

 

Konfiguracja ABC3007

Komunikacja z urządzeniem

Na urządzeniu zawsze znajduje się domyślny adres IP: 192.168.0.10. Jeżeli chcemy konfigurować urządzenie na inne IP należy najpierw zainstalować oprogramowanie HMS IPconfig, służące do wyszukiwania urządzeń Anybus oraz zmiany ich adresów. Po uruchomieniu go ukaże nam się poniższe okno.

Jeżeli brama Anybus została zasilona i podłączona na pierwszym porcie Ethernet do sieci LAN, w której znajduje się dany komputer PC (nie musi być w tej samej podsieci) powinieneś zobaczyć znaleziony sprzęt.

Po dwukrotnym kliknięciu na dane urządzenie ukaże się tryb edycji adresu IP. Możesz też ustawić w tryb automatycznego adresu IP nadawanego przez istniejący serwer DHCP.

Na potrzeby artykułu zmienimy adres IP na taki z innej podsieci: 192.168.100.100, a następnie wybieramy przycisk Apply. Gdy zmiany zostaną pomyślnie zaakceptowane pokaże się stosowny komunikat w dolnym pasku HMS IPconfig.

W tabeli powinien pokazać się zaktualizowany adres IP. W tym momencie możesz otworzyć przeglądarkę w komputerze i wybrać adres 192.168.100.100 lub kliknąć ikonę globusa w oprogramowaniu, dzięki czemu automatycznie zostaniesz przekierowany do przeglądarki z otwartym już adresem.

 

Webserver ABC3007

Konfiguracja urządzenia odbywa się przez przeglądarkę i nie potrzebne jest żadne dodatkowe oprogramowanie. Główny interfejs jest podzielony na 3 części: dwie z nich dotyczą protokołów komunikacyjnych, natomiast trzecia odnosi się do działania całej bramy komunikacyjnej.

Istnieją cztery możliwe ikony wyświetlane w każdej części:

Należy pamiętać, że każdą zmianę w konfiguracji należy zatwierdzić klikając zielony przycisk Apply w górnym pasku.

Konfiguracja strony szeregowej

W przeglądarce, z drzewa projektu po lewej stronie wybierz Serial RS-232/485.

Strona szeregowa obsługuje 3 rodzaje komunikacji:

1. Modbus RTU - otwarty protokół komunikacyjny,
2. Custom Request/Response - własna ramka oparta na schemacie zapytanie -> odpowiedź,
3. Custom Produce/Consume - własna ramka oparta na dowolności wysyłań/odbiorów poszczególnych ramek (np. z czytnika kodów kreskowych po pojawieniu się jego odczytu).

Kolejne pola służą do wyboru warstwy fizycznej (RS232 lub RS485) oraz konfiguracji podstawowych ustawień połączenia tj.:

• prędkość transmisji,
• liczba bajtów danych,
• parzystość,
• liczba bitów stopu.

Istnieje możliwość zaawansowanej detekcji ciszy pomiędzy ramkami - w Modbus RTU jest to minimum 3,5 znaku. Producent zaleca by tego nie zmieniać. 

W kolejnej zakładce - Nodes & transactions możesz dodawać poszczególne Node'y (urządzenia o unikatowym ID) oraz do każdego z nich transakcje (zapytanie/odpowiedź). 

 

Dobrą praktyką jest nadawanie nazw każdemu urządzeniu oraz każdej transakcji w celu przejrzystości programu.

W artykule tym skonfigurowane zostały poszczególne transakcje dla falownika firmy Elmatic Proffesional Drives - ED2200-0R75G

1. cykliczny (1000ms) odczyt 4 parametry  (zgodnie z dokumentacją urządzenia kod funkcji #3 adresy od 4097, czyli 1001h)

 

 

2. zapis parametru kontroli ruchu (zgodnie z dokumentacją urządzenia kod funkcji #6 adres 8192 (2000h)), gdy zmieni się jego wartość

3. zapis parametru zadanej częstotliwości (zgodnie z dokumentacją urządzenia kod funkcji #6 adres 4096 (1000h) ), gdy zmieni się jego wartość

Na koniec kliknij przycisk Apply na górnej belce w celu wgrania konfiguracji.

 

By sprawdzić poprawność wymiany danych pomiędzy ABC3007 a urządzeniami szeregowymi wybierz zakładkę Diagnostic -> Serial RS-232/485 a następnie kliknij Start:

 

Konfiguracja strony Ethernet/IP

W przeglądarce, z drzewa projektu po lewej stronie wybierz Ethernet/IP.

Możemy tutaj wybrać automatyczne obliczenie, ile bajtów In oraz Out będzie wymienianych z urządzeniem Ethernet/IP Scanner'em lub podać te wartości manualnie.

Następnie ustawiamy adres IP ręcznie lub z serwera DHCP, jeżeli istnieje w sieci. Opcjonalnie, możemy ustawić nazwę Hostname.

Ostatnią opcją do wyboru jest czy konwerter ma akceptować wszystkie połączenia od Ethernet/IP Scanner'ów, czy tylko te, które mają odpowiadającą liczbę bajtów In oraz Out w swojej konfiguracji połączenia.

Na koniec jest możliwość ściągnięcia pliku EDS tego konwertera to importu go do Ethernet/IP Scanner'a.

Konfiguracja mapy danych I/O

Domyślnie konwerter układa w sposób uporządkowany dane wejściowe oraz wyjściowe (zakładka I/O Data Map). Możesz to dowolnie zmienić za pomocą metody przeciągnij i upuść. W omawianym przypadku to 12 bajtów Input oraz 4 bajty Output.

Widać tutaj, że zamiast 8 bajtów (4 rejestry) jest 12. 4 bajty na początku pamięci zostały zarezerwowane dla tzw. zmiennej Live List, która jest 32bitowa i przechowuje w każdym bicie połączenie z danym Modbus RTU Slave'm.

Przechodząc do głównego menu Home zobaczysz wszystkie wprowadzone ustawienia strony Ethernet/IP oraz szeregowej.

Teraz wystarczy podłączyć urządzenie nadrzędne Ethernet/IP (Scanner) do bramy.

Konfiguracja Ethernet/IP Scanner

Do konfiguracji Ethernet/IP Scanner posłuży w tym przykładzie sterownik PLC firmy Unitronics - USC-B10-TA30.

 

Jego oprogramowanie - UniLogic - jest darmowe i do ściągnięcia ze strony producenta. Tak wygląda konfiguracja połączenia obu urządzeń po Ethernet/IP.

 

Po wgraniu takiej konfiguracji do sterownika i wystawieniu tych zmiennych na jego wirtualny panel HMI otrzymaliśmy pełny pulpit sterowniczy do falownika:

Wracając do głównego menu w ABC3007 widać, że obie strony działają poprawnie.

 

 

 

Podsumowanie

Jeżeli szukasz możliwości rozbudowy swojego systemu np. z Allena Bradley (Rockwell) na dowolnie inny oferujący obsługę protokołów szeregowych to rozwiązanie jest zdecydowanie dla Ciebie. Nie potrzebujesz modyfikować całej infrastruktury przemysłowej - wystarczy prosty konwerter i sprawa gotowa. Oczywiście nie powinieneś ufać temu, co zostało tutaj napisane. Dlatego istnieją dwie możliwość bezpłatnego przetestowania ich możliwości:

1. symulacja pracy urządzenia na stronie https://emulator.online-config.anybus.com/ 

2. wypożyczenie dowolnego urządzenia do testów/nauki na okres 2 tygodni oraz pełne wsparcie techniczne.

Po więcej informacji zapraszamy na naszą stronę: https://www.elmark.com.pl/producenci/view/anybus lub do kontaktu telefonicznego +22 541 84 60 a także mailowego sterowniki@elmark.com.pl.