Allen-Bradley ControlLogix пен Yokogawa CENTUM VP DCS арасындағы Modbus TCP арқылы байланыс орнату: Протоколды сәйкестендіру және ақауларды анықтау

DCS пен PLC интеграциясы үшін Modbus TCP неге қолданылады

Modbus TCP өнеркәсіптік автоматтандыруда ең кең таралған ашық протокол болып табылады. Ол стандартты Ethernet арқылы қосымша деңгейде TCP 502 портын пайдаланады. Yokogawa CENTUM VP DCS Modbus TCP байланыс пакетін (ALR121) қамтиды, ол үшінші тарап PLC-лерімен тікелей деректер алмасуға мүмкіндік береді. Allen-Bradley ControlLogix контроллерлері (мысалы, 1756-L8x сериясы) Modbus TCP-ны 1756-EWEB немесе 1756-EN2T модульдері арқылы Modbus TCP Client/Server AOI (қосымша нұсқаулық) көмегімен қолдайды.

• DCS жағының байланыс модулі Modbus TCP Client (Master) ретінде әрекет етеді.
• ControlLogix Modbus TCP Server (Slave) ретінде жұмыс істейді.

Бұл архитектура DCS-ке сұрау циклдарын басқаруға мүмкіндік береді. DCS PLC-дің holding регистрлерінен процесс деректерін оқиды және setpoint немесе командаларды PLC-ге қайта жазады.

Алайда, деректер типтерінің сәйкес келмеуі және сұрау уақытының дұрыс орнатылмауы интеграцияның 80% сәтсіздігіне әкеледі. Регистрлерді картаға түсіру стратегиясын түсіну іске қосу уақытын сағаттармен үнемдейді.

Қадамдық конфигурациялау тәртібі

CENTUM VP мен ControlLogix арасында Modbus TCP байланысын орнату үшін мына дәлелденген реттілікті орындаңыз:

1-қадам: CENTUM VP-де ALR121 байланыс модулін баптау. System View-ді ашып, Vnet/IP байланыс станциясына өтіп, жаңа Modbus TCP подсистемасын қосыңыз. PLC IP мекенжайын (мысалы, 192.168.10.50) және TCP портын (әдепкі 502) орнатыңыз. Сұрау интервалын анықтаңыз. Жалпы процесс деректері үшін 500 мс бастапқы мән ретінде қолданыңыз. Төтенше тоқтату күйі сияқты маңызды сигналдар үшін 200 мс пайдаланыңыз.

2-қадам: ControlLogix жобасында (Studio 5000 Logix Designer), Rockwell-дің үлгілік код кітапханасынан Modbus TCP Server AOI-ін импорттаңыз. AOI-ді 50 мс сканерлеу жылдамдығы бар периодтық тапсырмаға қосыңыз. PLC ішкі тегтерін AOI конфигурация массиві арқылы Modbus holding регистрлеріне картаға түсіріңіз. REAL деректер типі (32-бит IEEE 754) үшін екі қатарлы 16-бит регистр бөлінеді. Жоғарғы және төменгі сөздерді Modbus стандартты тәртібімен (big-endian) орналастырыңыз.

3-қадам: CENTUM VP-де, Modbus регистр мекенжайларына сәйкес PIO (Process Input/Output) тегтерін жасаңыз. PLC деректерін оқу үшін 03 функция блогын (Read Holding Registers) пайдаланыңыз. Командаларды жіберу үшін 16 функция блогын (Write Multiple Registers) қолданыңыз. Әр тегтің деректер форматын тексеріңіз: 16-бит бүтін, 32-бит бүтін немесе 32-бит қалқымалы нүкте.

4-қадам: Байланысты сынау үшін инженерлік станциядан Modbus диагностикалық құралын (мысалы, ModScan немесе Modbus Poll) пайдаланыңыз. PLC дұрыс жауап беретініне көз жеткізу үшін 40001 регистрін оқыңыз. MBAP тақырыбының транзакция идентификаторының өсуін тексеріңіз. Егер транзакция идентификаторы қатып қалса, PLC Modbus сұрауларын өңдеуді тоқтатқанын білдіреді.

CENTUM VP мен ControlLogix арасындағы Modbus TCP жиі кездесетін ақаулар

DCS пен PLC интеграциясында үш ақау үлгісі жиі кездеседі.

Біріншіден, CENTUM VP барлық тегтер үшін "Байланыс уақыты аяқталды" хабарын көрсетеді. Алдымен физикалық Ethernet жолын тексеріңіз. CENTUM VP инженерлік станциясынан PLC-ге ping жасаңыз. Егер ping сәтсіз болса, VLAN конфигурациясын, брандмауэр ережелерін және коммутатор порт баптауларын тексеріңіз. Modbus TCP тек TCP 502 портын пайдаланады. Бұл порттың ешбір маршрутизатор немесе брандмауэр арқылы бөгелмегеніне көз жеткізіңіз.

Екіншіден, кейбір регистрлер нөлді көрсетеді, ал басқалары жұмыс істейді. Бұл әдетте регистр офсеті қатесі екенін білдіреді. Modbus мекенжайлау ішкі жағынан 0-негізді офсетті пайдаланады, бірақ көптеген конфигурация құралдары 1-негізді мекенжайларды көрсетеді. CENTUM VP-дегі 40001 регистрінің ControlLogix AOI-дегі holding регистр офсеті 0-ге сәйкес келетініне көз жеткізіңіз.

Үшіншіден, қалқымалы нүктелі мәндер DCS-де бұрмаланған сандар ретінде көрінеді. Бұл жүйелер арасындағы байт тәртібі (endianness) әртүрлі болғанда болады. CENTUM VP ALR121 модулі 32-биттік қалқымалы нүктелер үшін әдепкі big-endian тәртібін пайдаланады. ControlLogix табиғи түрде little-endian қолданады. CENTUM VP жағындағы Modbus TCP байланыс анықтамасында байт ауыстыру опциясын баптаңыз. 32-бит REAL мәндер үшін "Word Swap" опциясын қосыңыз.

Үлкен нүкте саны үшін сұрау өнімділігін оңтайландыру

CENTUM VP мен ControlLogix арасында 500-ден астам деректер нүктесін алмасқанда, сұрау өнімділігі маңызды болады. ALR121 модулі бір оқылым сұрауында 125 регистрге дейін қолдайды.

• Маңызды сигналдар (ESD күйі, өрт және газ дабылдары): 200 мс сұрау
• Процесс мәндері (температуралар, қысымдар, ағындар): 1000 мс сұрау
• Маңызды емес деректер (құрылғы диагностикасы, жұмыс сағаттары): 5000 мс сұрау

Қатар орналасқан регистрлерді бір оқылым сұрауына жинаңыз. Бір Modbus сұрауында 100 қатарлы регистрді оқу 10 топтан 10 регистрді оқудан он есе жылдам. Бұл TCP шығындарын және CENTUM VP байланыс модулінің жүктемесін азайтады.

Сонымен қатар, ControlLogix PLC-де watchdog таймерін іске қосыңыз. PLC әр секунд сайын арттыратын heartbeat регистрін (мысалы, 40100) баптаңыз. CENTUM VP бұл регистрді оқып, мәнін салыстырады. Егер мән 5 секунд бойы өзгермесе, DCS "PLC байланысы жоғалды" дабылын қосып, соңғы дұрыс мәндерді ұстайды. Бұл желі үзілісі кезінде DCS-тің ескірген деректерге негізделген әрекет етуін болдырмайды.

Қорытынды және іс-әрекетке кеңес

Yokogawa CENTUM VP мен Allen-Bradley ControlLogix арасындағы Modbus TCP интеграциясы мұқият регистр картаға түсіру мен байт тәртібін сәйкестендіруді талап етеді. Іске қосу алдында жеке Modbus құралымен толық байланыс тексеріңіз. Сұрау жылдамдығын сигналдың маңыздылығына қарай баптаңыз. Екі жақта да heartbeat мониторингін енгізіңіз.

Ақауларды іздестіруде алдымен физикалық деңгейден (ping тесті), кейін протокол деңгейінен (Modbus жауап кодтары), соңында қосымша деңгейінен (деректер форматы мен байт тәртібі) бастаңыз. Регистр картасын DCS және PLC инженерлері ортақ пайдалана алатын кестеде құжаттаңыз. Бұл бір құжат жүйені жаңарту және көшіру кезінде интеграция қателерінің 90%-ын болдырмайды.

Автор: Лю Цзянфэн – PLC, DCS және басқару жүйелері саласында 10 жылдан астам тәжірибесі бар өнеркәсіптік автоматтандыру инженері. Азия-Тынық мұхиты аймағындағы мұнай-химия және энергетика нысандарында 30-дан астам DCS пен PLC интеграция жобаларын іске қосқан.