Преобразование протоколов Modbus в Profinet

Объединение в единую сеть устройств, использующих различные протоколы передачи данных, ставит перед разработчиками ряд проблем.

Дело в том, что такие протоколы, как Profinet или Profibus, обычно используются в ПЛК и SCADA системах, в то время как полевые устройства чаще общаются по протоколу Modbus. И соответственно встает вопрос, как связать их между собой.

В данном случае на помощь приходят преобразователи протоколов, или, как они еще называются, шлюзы протоколов.

Шлюзы играют важную роль в решении проблемы совместимости, позволяя не только конвертировать протоколы, но также объединять данные с разных объектов и передавать их в системы ПЛК или SCADA.

Таким образом, добавление шлюзов протоколов в систему позволяет реализовать распределенную сетевую архитектуру, которая приносит значительные преимущества, такие как большая гибкость всей системы, масштабируемость и экономия затрат.

Moxa  MGate 5103

Далее я продемонстрирую возможности и некоторые функциональные особенности преобразователей промышленных протоколов на примере Moxa MGate 5103.

Данный преобразователь позволяет конвертировать протоколы Modbus RTU/ASCII/TCP или EtherNet/IP в протокол Profinet.

Возможны следующие варианты преобразования.

Как видим, MGate 5103 может использоваться как server/slave, со стороны контроллера, или SCADA системы, так и client/master со стороны полевых устройств. Выбор роли устройства осуществляется в конфигураторе.

Помимо этого, шлюз имеет ряд дополнительных функций, таких как:

• Встроенная система мониторинга за состоянием устройства и диагностики.
• Релейный выход для подключения аварийных сигналов
• Подключение резервного источника питания
• Поддержка MicroSD для сохранения конфигураций и ведения логов

Ниже показан один из возможных вариантов применения преобразователя MGate 5103.

В данном случае для сбора сигналов используются два модуля ввода-вывода, поддерживающих протокол передачи данных Modbus RTU.

MGate 5103 используется для преобразования Modbus RTU в Profinet и дальнейшей передачи данных на ПЛК Siemens S7 1200, который, в свою очередь, подключен к ноутбуку.

Таким образом,  мы можем отслеживать интересующие нас сигналы в TIA Portal. Кроме того, используя цифровые входы модулей, можно контролировать изменение выходов ПЛК, в соответствии с реализованной логикой программы.

Конфигурация шлюза MGate 5103

Первым шагом нам необходимо настроить шлюз, сделать это можно при помощи встроенной веб-консоли.

IP-адрес по умолчанию: 192.168.127.254, логин: admin, пароль: moxa.

Выберем слева вкладку Quick Setup для быстрой настройки.

На первом шаге можно ввести сетевые настройки шлюза  – IP-адрес, маску подсети, имя.

Далее выберем протокол, в нашем случае для первого устройства Profinet IO Controller, в этом случае MGate 5103 будет выступать в качестве Profinet IO Device. Для второго устройства выбираем Modbus RTU/ASCII в роли ведомого, MGate 5103 будет выступать в роли ведущего.

Теперь ПЛК будет отслеживать, и контролировать  удаленное ведомое устройство.

Для обмена данными MGate будет использовать свою внутреннюю память, которая разделена на две части — input и output.

Зайдя на вкладку Protocol Settings -> I/O Data Mapping, можно вручную выбрать регистры во внутренней памяти MGate, в которые будут записываться данные. Также можно выбрать автоматический вариант, при котором данные будут записываться в первые свободные регистры во внутренней памяти.

Следующем этапом вводим имя устройства со стороны Profinet.

На вкладке Modbus RTU/ASCII настроим параметры протокола Modbus – скорость передачи данных,  количество бит данных и стоповых бит, контроль четности, тип интерфейса.

Здесь же мы можем определить команды Modbus, которые шлюз будет использовать для опроса подчиненных устройств.

Для задания команды нажимаем кнопку Add и указываем необходимые параметры, такие как имя команды, номер порта, используемую функцию Modbus, стартовый адрес и количество прочитанных записей.

Последним шагом проверяем все настройки  и для сохранения конфигурации нажимаем кнопку Finish.

Для интеграции в среду TIA Portal, для дальнейшей работы, нам потребуется конфигурационный файл GSD, содержащий спецификацию данного устройства — идентификатор, конфигурационную информацию, параметры, тип данных и т.д.

Загрузить файл GSD можно либо с веб-сайта производителя, либо экспортировать с предварительно настроенными параметрами, перейдя на вкладку Protocol Settings — > PROFINET IO, нажав кнопку Export GSDML.

В дальнейшем, уже при работе в Tia Portal, файл GSD необходимо импортировать, выбрав в меню Options пункт Manage general station description files (GSD).

Мониторинг и диагностика

Как я уже отмечал ранее, конвертер имеет встроенные средства мониторинга и диагностики, позволяющие контролировать состояние сети.

Modbus Diagnostics

С помощью этой функции можно прочитать статус каждого подключенного устройства (клиента) и количество отправленных запросов и полученных ответов.

Modbus Traffic

Функция мониторинга траффика записывает подробный журнал связи, в котором указываются время, источник, место назначения, код функции и данные. Полный журнал можно сохранить в файле, для последующего анализа, нажав кнопку Export.

PROFINET Diagnostics

На вкладке PROFINET Diagnostics мы можем проверить состояние подключенного контроллера Profinet, его MAC-адрес, а также сведения об обмене данными Input/Output.

Fault Protection

В случае потери связи с системой управления, MGate все время отправляет запросы, но не получает ответа. Не всегда такое поведение желательно. Поэтому шлюз можно настроить таким образом, чтобы он реагировал на потерю связи одним из следующих способов: сохранять последние данные, очищать данные до нуля, устанавливать для битов данных определяемые пользователем значения.

Заключение

В завершении хотелось сказать, что помимо MGate 5103, Moxa предлагает широкий выбор преобразователей.

Можно подобрать шлюзы, работающие с Profibus, CAN, DNP, BACnet и рядом других протоколов. Также можно выбрать преобразователь, в зависимости от количества портов, типа используемого интерфейса (RS-232/422/485).