Integracja standardów i protokołów sieci przemysłowych

Integracja standardów
i protokołów sieci przemysłowych
Piotr Gocłowski
Sieci komunikacyjne w automatyce przemysłowej to
temat bardzo obszerny. Mnogość protokołów wynika m.in.
z ciągłego rozwoju komunikacji między maszynami, jak
i z rozwoju komercyjnych technologii. Standardy szeregowe
(szczególnie RS485) nadal cieszą się dużą popularnością,
jednakże Ethernet jest już obecny w dużej części aplikacji
przemysłowych. Często jednak zachodzi potrzeba łączenia
sieci lokalnych na obiekcie z magistralami szeregowymi
typu field bus. Do takich właśnie aplikacji zostały
zaprojektowane przemysłowe bramy komunikacyjne. Sieci przemysłowe
Obecnie w automatyce przemysłowej wykorzystywanych jest
wiele protokołów i standardów. Sterowniki PLC, PAC, a nawet
moduły wejść/wyjść rozproszonych komunikują się często w innych protokołach, np. Modbus TCP, Modbus RTU, PROFIBUS,
PROFINET, DF1, Ethernet/IP, CAN. Jest to sytuacja podobna
94 l Nr 9 l Wrzesień 2013 r.
do tej z czasów powstawania Internetu – wiele rozproszonych
sieci miało wtedy trudności z połączeniem się. W tym przypadku przełomowym wynalazkiem był Router, który pomógł
rozwinąć się Internetowi, łącząc sieci lokalne i o zasięgu globalnym w jedną całość. Oczywiście o zaletach tej wielkiej integracji nie trzeba wspominać, bo widzimy ją dzisiaj, choćby przeglądając witryny WWW. Podobnie jest z sieciami przemysłowymi.
Ich integracja na obiekcie daje duże korzyści, jednak dopiero
od pewnego czasu istnieje właściwy sprzęt, aby to zrealizować.
W miarę rozwoju sieci przemysłowych zaczęły się również
rozwijać standardy i protokoły. Na początku urządzenia często
komunikowały się za pomocą standardów szeregowych, aby
potem przejść do Ethernetu, który w rzeczywistości również
jest standardem szeregowym. Ze względu jednak na prostotę
i łatwość implementacji niektórych starszych protokołów są
one nadal stosowane przez wielu producentów. W przypadku
Modbus RTU nie dość, że komunikacja odbywa się w standardzie szeregowym (RS232/422/485), to na dodatek posiada
on tylko 1 i 7 warstwę modelu OSI z 7 istniejących. Mimo
„leciwości” protokołu, takie uproszczenie wciąż zachęca producentów do jego stosowania.
Częste zagadnienie, z jakim spotykają się inżynierowie utrzymania ruchu oraz integratorzy, to kwestia połączenia istniejących systemów automatyki z nowo wprowadzanymi, które
zazwyczaj pracują w innym protokole/standardzie. Bardzo pomocne mogą okazać się przemysłowe bramy komunikacyjne
firmy Moxa. Od jakiegoś czasu firma ta systematycznie wprowadza urządzenia, które łączą w całość sieci przemysłowe oparte o różne standardy.
Modbus TCP – Modbus RTU/ASCII
MGate MB3x80 to jedna z najprostszych bram komunikacyjnych firmy Moxa. Realizuje ona konwersje protokołów Modbus
TCP na Modbus RTU/ASCII. Zastosowań tego modelu jest bardzo dużo, najczęstsze to łączenie magistrali Modbus RTU ze
SCADĄ lub panelami HMI. Innym MGate’em jest MB3170,
czyli bardziej zaawansowana wersja 3180. Posiada ona dodatkowo możliwość mapowania portów szeregowych na komputerze
(ProCOM), co umożliwia korzystanie z portu MGate’a na PC
jak z fizycznego portu COM.
DF1 – EtherNet/IP, Modbus RTU/ASCII/TCP – EtherNET/IP
MGate EIP3000 realizuje konwersję protokołów DF1 na
EtherNET/IP (Industrial Protocol). Wspiera on obiekty PCCC
dla sieci Rockwell Automation, dzięki czemu idealnie nadaje
się tam, gdzie trzeba odpytywać urządzenia z interfejsem DF1
za pomocą sterowników Rockwella. Brama ta posiada również
funkcje wirtualnego portu COM, a wbudowany analizator protokołów ułatwia diagnozowanie problemów z siecią.
Najnowszy model bramy od Moxy to MGate 5105-MB-EIP.
Jak wskazuje symbol, jego rolą jest łączenie Modbus RTU/
ASCII/TCP z EtherNET/IP. Oczywiście brama ta również
wspiera obiekty Rockwell Automation (adapter, skaner). Konfiguracja obywa się tu za pomocą MGate Managera, a przez
przeglądarkę można podejrzeć dane IO protokołów. Powody
stosowania tego modelu są podobne, jak w przypadku powyższych bram komunikacyjnych: chęć integracji sieci przemysłowych, dodanie nowych funkcjonalności w istniejącym obiekcie.
może być połączenie serwera ze SCADĄ ze slave’ami PROFIBUS na obiekcie.
MGate 5102-PBM-PN pełni funkcję pośrednika pomiędzy
PROFIBUS i PROFINET. I w tym przypadku jest podobnie,
jak w modelu powyższym. PROFIBUS jest standardem, który
w warstwie fizycznej wykorzystuje komunikację szeregową,
dzięki czemu ma duży zasięg, lecz nie mogą z nim „rozmawiać”
np. komputery z sieci lokalnej zakładu. PROFINET z kolei to
protokół oparty o Ethernet, dzięki czemu po zastosowaniu odpowiednich przełączników sieciowych wspierających go, komunikacja między urządzeniami odbywa się przez sieć LAN.
Zalety tych dwóch standardów można połączyć, stosując właśnie model 5102. Innym powodem może być po prostu wymóg
integracji sieci na obiekcie.
Niezawodność w przemyśle
Jeśli instalujemy jakiś sprzęt na obiekcie, kluczową rolę odgrywa niezawodność i trwałość. Przestoje w pracy obiektu
generują straty, dlatego zawsze są ograniczane do minimum.
Urządzenia firmy Moxa są wyjątkowo niezawodne, a dowodem
tego jest 5-letnia gwarancja. Moxa to jeden z największych producentów sprzętu do komunikacji przemysłowej, w szczególności szeregowej. Lata doświadczenia pozwalają na projektowanie
wydajnych i niezawodnych urządzeń. Dodatkowo dla każdego
modelu zawsze publikowane są raporty MTBF oraz dostępne
są deklaracje zgodności CE oraz certyfikaty FCC. n
ELMARK Automatyka Sp. z o.o.
reklama
MGate 4101-MB-PBS, MGate 5101-PBM-MN, MGate 5102-PBM-PN
Najpopularniejszymi obecnie sieciami wykorzystywanymi
w przemyśle są Modbus TCP/RTU, PROFIBUS i Ethernet/IP.
Jeśli kupujemy jakiś sterownik lub moduł wejść/wyjść, to jest
duże prawdopodobieństwo, że będzie się komunikował w jednym z powyższych protokołów/standardów.
MGate 4101 to konwerter Modbus RTU/ASCII na PROFIBUS
DP-V0 Slave. Najczęściej sprawdza się on jako pośrednik do
odpytywania czujników przez sterownik PLC/HMI. Funkcja,
o której warto wspomnieć, to QuickLink; potrafi ona w ciągu kilku minut wykryć i zamapować zapytania od Modbus
mastera, co znacznie skraca czas konfiguracji. Oczywiście
jest ona przydatna w przypadku, gdy przed wprowadzeniem
MGate’a jest już w sieci Modbus master, i slave’y mają być odpytywane przez PROFIBUS mastera.
MGate 5101-PBM-MN to podobne urządzenie, jednakże
posiada Modbus TCP. Jeśli chodzi o konfiguracje, to tutaj
dodatkowo dochodzi możliwość modyfikacji ustawień przez
przeglądarkę web. Zastosowanie takiej bramy daje wgląd do
PROFIBUS-a z sieci lokalnej, co w przypadku tego standardu
nie było wcześniej możliwe. Przykładowym zastosowaniem
Nr 9 l Wrzesień 2013 r. l 95