P2P i GCL - funkcje modułów I/O z serii ADAM-6000

ADAM-6000 to seria oferowanych przez firmę Advantech modułów I/O przystosowanych do budowy rozproszonych systemów automatyki i pomiarów. Ich dotychczasowa funkcjonalność, polegająca jedynie na udostępnianiu wejść/wyjść urządzeniom master w sieci Modbus/TCP, została w ostatnim czasie znacznie rozszerzona. Wprowadzona implementacja funkcji P2P umożliwia autonomiczne przekazywanie na odległość (za pośrednictwem sieci Ethernet) stanów sygnałów bez pośrednictwa jakiejkolwiek jednostki nadrzędnej, a obsługa prostych algorytmów GCL w pewnych przypadkach może nawet wyeliminować konieczność zastosowania prostego sterownika PLC...

1. Krótka charakterystyka.

Zestawienie występujących obecnie w serii ADAM-6000 modułów I/O zawarto w tabeli. Występują tam moduły wejść analogowych (uniwersalnych lub specjalizowanych - do pomiaru temperatur za pomocą czujników termoelektrycznych i oporowych), wyjść analogowych, oraz wejść/wyjść cyfrowych (tranzystorowych jak i przekaźnikowych). Wszystkie z nich wyposażone są w interfejs komunikacyjny Ethernet (10/100Base-T). Modele z oznaczeniem "W" występują także opcjonalnie jako moduły z łącznością bezprzewodową (IEEE802.11b wireless LAN). Do komunikacji urządzeń nadrzędnych z modułami I/O zaimplementowano standardowy protokół Modbus/TCP, bardzo powszechnie stosowany dziś w rozproszonych systemach automatyki. Dostarczane są wraz z uchwytem montażowym DIN i naściennym, przystosowane zostały do zasilania napięciem stałym w zakresie 10-30VDC.

2. Konfiguracja.

Konfigurację modułów przeprowadzić należy korzystając z dostarczanego wraz z urządzeniami (oczywiście bezpłatnie) programu konfiguracyjno-diagnostycznego Adam.NET Utility (Rys.1, najnowsza wersja, przeznaczona do konfiguracji modułów także z innych serii ADAM). W pierwszej kolejności program pozwala na wyszukanie wszystkich modułów włączonych do lokalnej sieci. Następnym (wymaganym) krokiem jest ustalenie podstawowych parametrów sieciowych poszczególnych modułów (adres IP i maska podsieci, ewentualnie także adres IP bramy wyjściowej umożliwiający zastosowanie modułów w sieciach rozległych). Opcjonalnie konfiguracja podstawowa dotyczyć może także: nadania nazw identyfikacyjnych modułu (Device Name i Device Description, pomocne przy dużych aplikacjach), zmian ustawień kontroli dostępu do urządzenia (Access Control, w oparciu o adresy IP lub MAC) oraz ustalenia hasła dostępu do zmian w konfiguracji. Kolejne kroki uzależnione są już od rodzaju modułu I/O. Przykładowo: w przypadku modułu wejść analogowych ADAM-6017 będzie to przede wszystkim ustalenie zakresu pomiarowego (lub wybór typu podłączonego czujnika temperatury w przypadku modułów 6015/6018), ustawienia dotyczące obliczania wartości średniej i ewentualnych progów alarmowych. Bogate możliwości konfiguracji występują - co często okazuje się rzeczą bardzo przydatną - w przypadku modułów we/wy cyfrowych. Otóż każde z wejść cyfrowych skonfigurowane może być do pracy w jednym z pięciu trybów: jako standardowe wejście cyfrowe (moduł zwraca po prostu aktualny stan sygnału), wejście zatrzaskowe (z aktywnym poziomem niskim lub wysokim), wejście licznikowe (o pojemności 32 bitów, z filtrem cyfrowym i podtrzymaniem bateryjnym), lub ostatecznie w trybie pomiaru częstotliwości (do 3kHz). W przypadku wyjść cyfrowych - oprócz trybu standardowego - może to być działanie z opóźnieniem (przy załączaniu lub wyłączaniu) lub tryb wyjścia impulsowego (o zadanym wypełnieniu i częstotliwości).

3. Komunikacja P2P.

Stosunkowo często występującym problemem rozległych systemów automatyki i pomiarówjest przesyłanie dużej ilości sygnałów i na duże odległości. Kłopotliwa staje się konieczność prowadzenia dużej ilości przewodów oraz występowanie - szczególnie w przypadku przesyłania sygnałów analogowych - wszelakiego rodzaju zakłóceń. Jednym z możliwych rozwiązań eliminujących te problemy jest przesyłanie sygnałów w postaci przetworzonej do postaci cyfrowej, za pomocą sieci Ethernet.I w takim właśnie momencie pomocną okazuje się implementacja protokołu P2P (Peer To Peer) w modułach serii ADAM-6000, nie wymagająca korzystania z dodatkowego urządzenia master (odpytującego cyklicznie moduły wejściowe i na tej podstawie ustalającego stany wyjść w modułach wyjściowych), umożliwiająca dodatkowo pracę w dwóch trybach: BASIC (One To One) oraz ADVANCED (One To Multi). W trybie BASIC współpracuje ze sobą tylko para modułów: moduł wyposażony w wejścia (analogowe lub cyfrowe) dokonuje cyklicznego ich próbkowania i na podstawie uzyskanych danych autonomicznie, za pośrednictwem połączenia sieciowego, wysyła odpowiednie komendy ustalające stany wyjść do modułu "wyjściowego". W takim przypadku konfiguracja polega na podaniu adresu IP modułu docelowego i wskazania, których kanałów (np. tylko CH0->CH0, CH1->CH1, CH4->Ch4) taka synchronizacja stanów ma dotyczyć. Tryb ADVANCED jest już bardziej rozbudowany: w danym module "wejściowym" oddzielnie dla każdego z wejść ustalić możemy inny adres IP oraz nawet inny numer kanału modułu docelowego ("wyjściowego"). Przykładowe konfiguracje dla obydwu wyżej wymienionych rozwiązań ilustruje Rys.2.

4. Algorytmy GCL.

Podstawowym zadaniem stawianym modułom serii ADAM-6000 (podobnie jak w przypadku jej pierwowzoru: serii modułów kontrolno-pomiarowych ADAM-4000 wyposażonych w interfejs szeregowy RS-485) jest umożliwienie budowy rozproszonych systemów automatyki, w których moduły te pełnią jedynie rolę zdalnych modułów I/O, natomiast cały ciężar obsługi algorytmu sterowania spoczywa na jednostce nadrzędnej - najczęściej w postaci sterownika PLC lub komputera z odpowiednim oprogramowaniem. W układzie takim nawet najprostsze fragmenty algorytmu wymagają udziału tejże jednostki, a nawet chwilowa awaria samego systemu nadrzędnego lub tylko łącz komunikacyjnych powodować może nieodwracalne w skutkach zachowania całego układu. Powszechnie stosowanym rozwiązaniem eliminującym takie zagrożenia jest decentralizacja układu automatyki, czyli stosowanie odpowiedniej liczby mniejszych lub większych (w zależności od charakteru obiektu) autonomicznych jednostek sterujących, zazwyczaj umieszczonych jak najbliżej samych urządzeń wykonawczych. Dość często okazuje się, że logika takiego zdalnego układu nie musi być wcale bardzo rozbudowana - rozwiązaniem jest oczywiście zastosowanie prostego sterownika PLC, lecz często jest to rozwiązanie zdecydowanie nadmiarowe. I właśnie w takim przypadku pomocną może okazać się kolejna funkcja zaimplementowana w modułach ADAM-6000: obsługa algorytmów GCL (Graphic Condition Logic). Dzięki niej konkretny moduł I/O może nie tylko udostępniać dane obiektowe jednostce nadrzędnej systemu, ale może także niezależnie wykonywać zaprogramowany prosty algorytm sterowania. Do graficznego programowania modułu wykorzystujemy ponownie aplikację Adam.NET Utility.

W ramach jednego modułu zdefiniować możemy maksymalnie 16 reguł (Rule) o strukturze przedstawionej na Rys.3.W każdej z nich do dyspozycji mamy: blok wejściowy (do 3 sygnałów/rejestrów w połączeniu z warunkami logicznymi), bramkę logiczną (AND/OR/NAND/NOR), blok wykonawczy (umożliwiający generowanie opóźnień i kaskadowe łączenie reguł) oraz blok wyjściowy (maksymalnie 3 operacje). Do dyspozycji użytkownika, oprócz wszystkich sygnałów we/wy (w pełnej funkcjonalności, czyli np. także wejścia cyfrowe w trybie licznikowym lub pomiaru częstotliwości, wyjścia cyfrowe w trybie generatora impulsów), pozostają także dodatkowe rejestry wewnętrzne w postaci liczników, timerów i flag stanu. Flagi stanu (AuxiliaryFlag) - podobnie jak blok wykonawczy - pozwalają np. na budowanie kaskadowych układów reguł realizujących bardziej rozbudowane funkcje logiczne.Blok wyjściowy umożliwia także bezpośrednie odwołanie do zdalnego modułu I/O (identyfikowanego przez adres IP), czego następstwem jest możliwość budowy autonomicznych układów w ramach więcej niż jednego modułu (Rys.4.).W przypadku wejść analogowych pomocną opcją staje się także możliwość liniowego skalowania wartości sygnału (np. w zakresie ?10V) do wartości rzeczywistej mierzonej wielkości fizycznej (np. pomiar ciśnienia).

5. Podsumowanie.

Przedstawione pokrótce w powyższym artykule nowe funkcje modułów ADAM-6000 w znacznym stopniu poszerzają możliwości ich zastosowań. Najnowsze wersje oprogramowania wewnętrznego modułów, jak i programu narzędziowego Adam.NET Utility, można pobrać z witryny internetowej producenta (http://support.advantech.com.tw) i dzięki temu z funkcji tych (po dokonaniu upgrade'u firmware'ów) korzystać nawet w starszych wersjach modułów - w funkcje te dotychczas nie wyposażonych. Przy czym zaznaczyć należy, iż w ramach jednego modułu nie ma możliwości korzystania zarówno z komunikacji P2P jak i algorytmów GCL - konfiguracja pozwala na włączenie tylko jednej z tych funkcji.