Wymiana danych pomiędzy nadrzędnymi sieciami Modbus TCP oraz EtherCAT

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 EtherCAT oraz Modbus TCP, czyli ABC4016.

Pozwala ona na skomunikowanie ze sobą urządzenia EtherCAT Master (najczęściej jest to sterownik PLC firmy Beckhoff) oraz urządzenia Modbus TCP Client/Master (90% sterowników PLC z wbudowanym portem Ethernet obsługuje ten darmowy protokół).  Dzięki takiemu rozwiązaniu nie ma potrzeby na ingerowanie w istniejącą komunikację łączonych ze sobą segmentów sieci. To użytkownik wybiera, co będzie wysyłał EtherCAT Master do sieci Modbus TCP(do 1500 bajtów danych) i na odwrót (do 1500 bajtów danych). Urządzenie to posiada 5 portów Ethernet:

 

• 1 x port do konfiguracji (Config X1)
• 2 x port EtherCAT 
• 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 ABC4016

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 ABC4016

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 Modbus TCP

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

Ustawiamy tutaj adres IP strony Modbus TCP ręcznie lub za pomocą serwera DHCP. Możemy również zaznaczyć opcję "Anybus Address Mode", która daje nam możliwość odpytywania bramy po Modbus TCP nie tylko kodami funkcji #3 (Read Holding Register - odczyt dla danych wyjściowych), #4 (Read Input Register - odczyt danych wejściowych) oraz #6 lub #16 (Write Single/Multiple Registes - zapis dla danych wyjściowych). Dzięki włączonej tej opcji uzyskujemy dostęp do danych Modbus TCP kodami funkcji: #1, #2, #5, #15, #22 oraz #23.

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

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

Po stronie Modbus TCP konwerter akceptuje jednocześnie do 4 połączeń Modbus TCP Client/Master.

 

Konfiguracja strony EtherCAT

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

 

Nie ustawiamy tu żadnych funkcji. Jedyne, co możemy zrobić to pobrać plik ESI, który jest niezbędny do zaimportowania w EtherCAT Master'ze. Liczba wymienianych danych ustawiamy niżej.

 

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 Modbus TCP jak i EtherCAT.

Aby skonfigurować różne rozmiary dla każdej z sieci należy wpisać różne wartości bajtów Input oraz Output. W tym przypadku będzie to 6 bajtów wejściowych do Modbus TCP (wyjściowe dla EtherCAT) oraz 10 bajtów wyjściowych dla Modbus TCP (wejściowe do EtherCAT).

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 EtherCAT Master

Do konfiguracji EtherCAT Master 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 EtherCAT.

Widać na powyższym obrazku, że pobrany z bramy plik ESI automatycznie zawiera już liczbę bajtów wejściowych = 6 oraz bajtów wyjściowych = 10.

 

Poniżej diagnostyka z webserver’a bramy ABC4011 pokazująca komunikację z Ethernet/IP Adapter'em.

 

Konfiguracja Modbus TCP Client/Master

Do konfiguracji Modbus TCP Client/Master posłuży w tym przykładzie darmowe oprogramowanie RMMS 

 

 

Po ustawieniu konfiguracji programu zgodnie z adresem IP bramy po stronie Modbus TCP (port domyślny to zawsze 502)

 

 

i ustawieniu konkretnego ID (w przypadku Modbus TCP zawsze 255), numeru funkcji, adresu początkowego oraz długości zapytania można kliknąć Connect.

 

 

Wracając do głównego menu w ABC4016 widać, że obie strony działają poprawnie.

 

 

 

Różnica pomiędzy ABC4016 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 ABC4016, czyli Modbus TCP Server - EtherCAT Slave.
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 ABC4016 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 Beckhoff 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.