Wymiana danych pomiędzy siecią PROFINET a Modbus TCP, czyli jak skomunikować PLC Siemens z innymi urządzeniami

Wstęp

W świecie automatyki często należy mierzyć się z nieprzewidywanymi sytuacjami. Nigdy nie wiadomo, co spotka Cię przy następnym projekcie. Zdarza się, że należy połączyć ze sobą przynajmniej dwie istniejące, niezależne linie produkcyjne. Takie segmenty mają już gotowe sterowanie nadrzędne (czyli posiadają urządzenie z obsługą komunikacji Master). Żeby to ze sobą połączyć należy je ze sobą skomunikować jak najniższym kosztem oraz czasem pracy na modyfikacje. Najczęstszymi występującymi protokołami komunikacyjnymi występującymi w automatyce przemysłowej są:

• PROFINET
• Ethernet/IP
• Modbus TCP
• EtherCAT

Rozwiązanie Anybus

Z punktu widzenia automatyka najlepiej byłoby nie zmieniać topologii obu sieci komunikacyjnych w obu segmentach, dlatego z pomocą przychodzi rodzina bram komunikacyjnych firmy Anybus – ABC40xx. W artykule tym skupimy się na PROFINET oraz Modbus TCP, czyli ABC4017.

Pozwala ona na skomunikowanie ze sobą urządzenia PROFINET Master (najczęściej jest to sterownik PLC firmy Siemens) oraz urządzenia Modbus TCP (najczęściej jest to sterownik PLC innej firmy lub system SCADA).  Dzięki takiemu rozwiązaniu nie ma potrzeby na ingerowanie w istniejącą komunikację łączonych ze sobą segmentów sieci. To użytkownik wybiera, co będzie wysyłał Modbus TCP Client do sieci PROFINET (do 1500 bajtów danych) i na odwrót (do 1024 bajtów danych). Urządzenie to posiada 5 portów Ethernet:

• 1 x port do konfiguracji (Config X1)
• 2 x port PROFINET (w funkcji switcha)
• 2 x port Modbus TCP (w funkcji switcha)

Co nas wyróżnia?

Istnieją 4 cechy, które wyróżniają Anybus Communicator na tle konkurencji:

• 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 zbudowane 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) dzięki najnowszej generacji procesorowi NP40.

• Cyberbezpieczeństwo. Zaprojektowany, aby bezpieczne uruchamianie chroniło przed złośliwym oprogramowaniem. Dodatkowo, przełącznik bezpieczeństwa zapewnia fizyczną ochronę przed nieautoryzowanymi zmianami w konfiguracji.

• Łatwość konfiguracji. Szybka instalacja i konfiguracja są gwarantowane dzięki intuicyjnemu GUI, łatwej do zrozumienia dokumentacji i efektywnej konstrukcji obudowy. GUI ułatwia analizę danych na żywo, eksport logów oraz ewentualne generowanie paczki wsparcia technicznego.

 

 

Konfiguracja ABC4017

Poniżej znajduje się instrukcja krok po kroku, ukazująca jak łatwa jest konfiguracja tej bramy.

Komunikacja z urządzeniem

Na urządzeniu zawsze znajduje się domyślny adres IP: 192.168.0.10. Jeżeli chcemy konfigurować urządzenie na innym adresie IP należy najpierw zainstalować oprogramowanie HMS IPconfig, służące do wyszukiwania urządzeń Anybus oraz zmiany ich adresów IP. 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) powinien pokazać się znaleziony sprzęt.

Po dwukrotnym kliknięciu na dane urządzenie ukaże się tryb edycji adresu IP. Można 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 możemy otworzyć przeglądarkę w komputerze i wybrać adres 192.168.100.100 lub kliknąć ikonę globusa w oprogramowaniu, dzięki czemu automatycznie zostaniemy przekierowani do przeglądarki z otwartym już adresem.

Webserver ABC4017

Konfiguracja urządzenia odbywa się przez przeglądarkę i nie potrzebne jest żadne dodatkowe oprogramowanie. Domyślnie brama jest skonfigurowana na wymianę 20 bajtów w obie strony. 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 PROFINET

W przeglądarce, z drzewa projektu po lewej stronie wybieramy PROFINET.

Ustawiamy tutaj adres IP strony PROFINET ręcznie lub za pomocą serwera DHCP oraz nadajemy nazwę „Station name” obligatoryjną znaną użytkownikowi. Na końcu należy pobrać plik GSDML, który posłuży do importu konfiguracji bramy do sterownika Siemens.

Adres IP nie musi być z tej samej podsieci, co IP ze złącza do konfiguracji lub Modbus TCP.

Nazwa „Station name” może składać się tylko z małych liter lub cyfr.

Po stronie PROFINET konwerter akceptuje jednocześnie do 3 połączeń PROFINET (1 IO Controller Application Relationship + 2 Device Access Application Relationships).

 

Konfiguracja strony Modbus TCP

W przeglądarce wybieramy kolejną zakładkę z drzewa projektu po lewej stronie Modbus TCP.

Ustawiamy tutaj adres IP strony Modbus TCP, ręcznie lub za pomocą serwera DHCP.

Adres IP nie musi być z tej samej podsieci, co IP ze złącza do konfiguracji lub PROFINET.

Connection timeout - określ, jak długo połączenie Modbus TCP może być bezczynne, zanim zostanie zamknięte przez bramę.

Process Data Active Timeout - określa maksymalny dozwolony czas pomiędzy dwoma przychodzącymi wiadomościami.

Po stronie Modbus TCP urządzenie akceptuje jednoczesne połączenia od 4 urządzeń Modbus TCP Client.

 

Konfiguracja liczby przesyłanych bajtów

Aby wybrać liczbę bajtów przesyłanych z każdej ze stron z drzewa projektu po lewej stronie należy wybrać I/O configuration.

Domyślnie, brama jest ustawiona na używanie tych samych rozmiarów I/O zarówno dla sieci PROFINET jak i Modbus TCP.

Aby skonfigurować różne rozmiary dla każdej z sieci należy wpisać różne wartości bajtów Input oraz Output. W tym przypadku będzie to 10 bajtów wejściowych do Modbus TCP (wyjściowe dla PROFINET) oraz 20 bajtów wyjściowych dla Modbus TCP (wejściowe do PROFINET).

Na koniec należy zatwierdzić wszystkie wprowadzone zmiany za pomocą przycisku Apply w górnym menu.

Przechodząc do głównego menu Home widać wszystkie wprowadzone ustawienia adresów IP oraz liczby przesyłanych i odbieranych bajtów dla każdej z sieci.

Teraz wystarczy podłączyć urządzenia nadrzędne do bramy do portów Ethernet zgodnych dla każdej z sieci.

 

Konfiguracja Modbus TCP Client

Do konfiguracji Modbus TCP Client'a potrzebne są tylko:

• Adres IP bramy od strony Modbus TCP
• Port komunikacyjny – 502
• Adresy i kody funkcji Modbus do:

1. Odczytu danych Input – kod funkcji #4 (Read Input Registers) – adresy od 0x0000h
2. Odczytu danych Output – kod funkcji #3 (Read Holding Registers) – adresy od 0x0000h
3. Zapisu danych Output – kod funkcji #6 lub #16 (Write Registers) – adresy od 0x0000h

Poniżej diagnostyka z webserver’a bramy ABC4017 pokazująca odbiór danych z Modbus TCP Client'a.

 

Konfiguracja Siemens w TIA Portal

Używając pliku GSDML pobranego z bramy ABC4017, wprowadzając jej adres IP oraz nazwę „Station name”.

Po wybraniu odpowiedniej liczby bajtów wejściowych (20) oraz wyjściowych (10) można zweryfikować, że dane z Modbus TCP Client'a są natychmiast widoczne po stronie PROFINET:

W celu wysłania danych w drugą stronę wystarczy wpisać je w odpowiednie komórki w sterowniku PLC firmy Siemens:

Dane natychmiast są widoczne w bramce oraz w urządzeniu Modbus TCP Client:

Wracając do głównego menu w bramie ABC4017 widać, że wszystkie strony działają poprawnie.

 

Różnica pomiędzy ABC4017 a ABC4090

W naszej ofercie znajduje się intrygujący konwerter ABC4090 o opisie "Common Ethernet - Common Ethernet". Oznacza to, że po obu stronach sieciowych może obslugiwać jeden z 4 protokołów przemysłowych:

• PROFINET
• Modbus TCP
• Ethernet/IP
• EtherCAT

Mowa tu o 6 różnych kombinacjach układu, które są możliwe do uzyskania poprzez wgranie wybranego, darmowego firmware'u. Jednym z nich jest pełna funkcjonalność opisywanego tutaj ABC4017, czyli PROFINET IO Device - Modbus TCP Server.
Dzięki elastyczności konwertera ABC4090 kupujesz 1 produkt, a de facto otrzymujesz funkcjonalność 6-ciu różnych konwerterów protokołów przemysłowych. Co najważniejsze, w tej samej cenie. 

Twój wybór czy wybierzesz ABC4017 z wgranym na stałe 1 oprogramowaniem, czy ABC4090 z możliwością wgrania jednej z 6 kombinacji konwersji :)

 

Podsumowanie

Jeżeli szukasz możliwości rozbudowy swojego systemu np. z Siemens'a na dowolnie inny oferujący obsługę protokołu Modbus TCP to rozwiązanie jest zdecydowanie dla Ciebie. Nie potrzebujesz modyfikować całej infrastruktury przemysłowej - wystarczy prosty konwerter i sprawa gotowa. Oczywiście nie powinieneś wręcz ufać temu, co napisaliśmy. Dlatego oferujemy możliwość bezpłatnego wypożyczenia 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.