Sériová komunikace a brány pro průmyslové protokoly. Michal Kahánek

Sériová komunikace a brány pro průmyslové protokoly

Michal Kahánek


Michal Kahánek


Program Přehled zařízení pro sériovou komunikaci Komunikační brána pro propojení sítí Profibus a PROFINET Mediakonvertor pro kruhový redundantní optický Profibus Vývoj vlastního firmwaru pro vestavné převodníky serial-to-Ethernet Přepěťová ochrana sériových linek Pokročilé funkce terminálových serverů Nport 6000 Shrnutí


Přehled zařízení pro sériovou komunikaci a průmyslové protokoly Sériové servery, terminálové servery Externí sériové servery, terminálové servery

Multiportové sériové karty PCIe, UPCI, PCI, PC/104, PC/104-Plus, ISA

Vestavné sériové servery Serial-to-Ethernet, serial-to-WiFi, SDK

Brány a karty pro průmyslové protokoly Modbus, PROFIBUS, Ethernet/IP, DF1, CAN

Průmyslové USB

Mediakonvertory

USB-to-serial, USB huby pro Hi-Speed USB 2.0

Serial-to-serial, serial-to-fiber, Ethernet-to-fiber


Přehled zařízení pro sériovou komunikaci a průmyslové protokoly Závazek dlouhodobé podpory sériové komunikace Již více než 20 let nabízí Moxa spolehlivé a inovativní řešení pro sériovou komunikaci. Moxa se zavazuje i nadále poskytovat širokou škálu produktů a služeb v této oblasti: •Stabilní dodávky zařízení pro sériovou komunikaci •Trvalá podpora ovladačů pro nové OS •Spolehlivé obchodní, technické a servisní služby




Trend v průmyslových sítích: přechod na ethernetovou infrastrukturu Průmyslové sběrnice

Průmyslový Ethernet

Modbus RTU/ASCII

Modbus/TCP

PROFIBUS

PROFINET

DeviceNet

EtherNet/IP

CANOpen

EtherCAT

Spravující organizace

Modbus Organization Inc.


Popis přechodu ze sběrnice Profibus na PROFINET PROFINET podporuje integraci sběrnice Profibus zařízeními Proxy/Gateway Proxy server = prostředník pro požadavky od klientů na jiné servery Klient se připojuje k proxy serveru s požadavky na služby jako například soubory, přístup na Internet, webové stránky apod. dostupné na jiných serverech. Proxy server zpracovává tyto požadavky a zjednodušuje provoz v síti


Vysvětlení pojmů brána a směrovač Brána (Gateway) Konvertuje pakety z jednoho protokolu na jiný Funguje jako vstupní/výstupní bod do sítě Konverze protokolů na více síťových vrstvách


Vysvětlení pojmu brána v hierarchii průmyslových sítí Podniková vrstva PC Server, databáze

Ethernet TCP/IP

SCADA vrstva SCADA, IPC, PLC

Industrial Ethernet EtherNet/IP, PROFINET, Modbus/TCP…

Řídicí vrstva PLC, RTU, HMI

Sběrnicová vrstva Měřidla, Pohony, Snímače, I/O

Proxy server / brána Sběrnice Modbus RTU, PROFIBUS, DeviceNet, CANbus, M-Bus…


Důvody pro přechod z Profibus na PROFINET Nové stroje a výrobní linky používají stále častěji PROFINET Trendem je přechod na společnou automatizační síť Náhrada Profibus Master PLC bránou MGate 5102-PBM-PN Snadné použití stávajícího Master PLC programu v nové Profinet PLC síti Nové PROFINET PLC jsou cenově výhodné – např. cena Siemens S7 1200 začíná na €145 – není potřeba další komunikační modul!


Funkce brány při propojování sběrnic Profibus a PROFINET Proxy se chová jako I/O zařízení na sběrnici PROFINET a pracuje jako Profibus DP-Master na sběrnici Profibus Transparentní komunikace mezi PROFINET a Profibus sítěmi


MGate 5102-PBM-PN Dvojitý napájecí vstup, 3-pinový Snadné použití a údržba reléový výstup Micro SD karta • Konfigurace ve třech krocích LED displej

• Přehledné monitorování I/O dat a stavu brány • Záloha konfigurace přes Micro SD kartu

PROFINET (kaskádní ethernetový port)

Sériová konzola PROFIBUS

Redundance • Dvojitý redundantní napájecí vstup

Odolné provedení • Vysoká EMS ochrana • Navrženo pro kritické aplikace v nepříznivých prostředích


Tradiční postup konfigurace Nastavení v 7 krocích

Krok 1 Spuštění Step7 a import modulů

Krok 2 Výběr modulů

Krok 3 Definování každého I/O Opakování kroků 2 a 3 dokud nejsou všechny moduly nastaveny

Krok 4 Testování metodou pokus omyl


Rychlá, jednoduchá a bezchybná konfigurace Krok 1 Funkce AutoScan ve webové konzole a export GSDML souboru

AutoScan

Krok 2 Spuštění Step7 a import GSDML souboru

Krok 3 Hotovo

Easy-toUse


Přehledné monitorování I/O dat a stavu brány Nástroje pro trvalé monitorování a oznamování událostí a alarmů pomáhají při údržbě sítě a řešení problémů

Při poruše napájení nebo odpojení sítě se sepne reléový výstup

Při splnění přednastavených podmínek se odešle email

Brána zaznamenává všechny události pro pozdější analýzu

Webové rozhraní brány zobrazuje aktuální stav I/O




Proč převádět Profibus na optiku? Délka Profibus kabelu je maximálně 1,2 km aby nedocházelo k interferencím signálů. Optické vlákna jsou 100% odolná proti interferenci signálů a navíc vhodnější pro – prostředí s vysokým napětím – nepříznivé podmínky Přenosová vzdálenost může být až 45 km pro singlemode vlákno.


Funkce Profibus mediakonvertorů Moxa Automatická detekce rychlosti Maximální rychlost až 12 Mbps Funkce „PROFIBUS bus fail“ chrání před přenosem poškozených zpráv do funkčního segmentu Reléový výstup pro signalizaci poruchy Galvanické oddělení 2 kV Dvojitý redundantní napájecí vstup s ochranou před přepólováním


ICF-1180I

• LED indikátory: - PW1/PWR2 - Systémový stav - Stav optické linky - Stav Profibus sběrnice

• Držák na DIN lištu

• 2 napájecí vstupy (svorkovnice) • Reléový výstup • DIP přepínače: - Nastavení rychlosti - Test optické linky - Inverzní interpretace signálů

• 100BaseFX port multi/single-mode, ST konektor

• PROFIBUS DB9 female • Kovový kryt


ICF-1280I

• LED indikátory: - PW1/PWR2 - Systémový stav - Stav optické linky - Stav Profibus sběrnice - Stav redundantního kruhu

• Držák na DIN lištu

• 2 napájecí vstupy (svorkovnice) • Reléový výstup • DIP přepínače: - Nastavení rychlosti - Test optické linky - Inverzní interpretace signálů - Redundantní kruhový mód

• 2x 100BaseFX port multi/single-mode, ST konektor

• PROFIBUS DB9 female • Kovový kryt


Funkce pro usnadnění instalace a řešení problémů Automatická detekce rychlosti – Snadnější konfigurace – Rychlost až 12 Mbps Bus fail safe funkce pro zvýšení spolehlivosti Profibus sběrnice Fiber link monitor pro pomoc při řešení s problémy na optické lince


Funkce Auto Baud Rate Detection Automatická detekce rychlosti – Není potřeba ztrácet čas hledáním nastavení rychlosti na již instalovaných Profibus zařízeních – ICF-1180I automaticky detekuje a nastaví rychlost podle připojených Profibus zařízení – Podporované rychlosti 9.6, 19.2, 45.45, 93.75, 187.5, 500, 1500, 3000, 6000, 12000 Kbps


Funkce Bus Fail Safe Není k dispozici – Pokud dojde k poruše Profibus zařízení na jedné straně mediakonvertoru a zařízení generuje poškozené zprávy, mohou tyto zprávy bránit funkci sítě na druhé straně mediakonvertoru. ICF-1180I Převodník Profibus-Optika

Profibus

ICF-1180I Převodník Profibus-Optika

Profibus


Funkce Bus Fail Safe Je k dispozici – Detekuje poškozené zprávy a nesprávné stavy signálů a nepřenáší je na druhou stranu sítě Bus Fail Safe Profibus

Profibus



Funkce Fiber Link Monitor Stav optické linky je těžko ověřitelný protože může být dlouhá až 45 km. Technik nemůže identifikovat příčinu potíží se spojením. Díky funkci fiber link monitor je stav optické linky indikován reléovým výstupem a LED signalizací. Možné příčiny poruchy – odpojení kabelu, nepřipojený mediakonvertor na protější straně, přehození vláken Profibus

Profibus



Point-to-Point topologie

*Pro tuto topologii je dostačující pouze jeden optický port a jeden duplexní kabel. *Vhodný pro nezávislé systémy a malé aplikace.


Lineární topologie • ICF-1280I uprostřed linky • ICF-1180I na začátku a konci linky

• Používá se u výrobních linek


Redundantní kruhová topologie • Redundance spojení • Výhodná pro rozsáhlejší systémy rozdělené do několika lokalit




Co je to MiiNePort SDK

Nejjednodušší vývojový nástroj pro vytvářední vlatních firmwarů do vestavných Serial-to-Ethernet převodníků


Specifikace Model

MiiNePort E1-SDK

CPU RAM / Flash GPIO

MiiNePort E2-SDK

32-bit ARM 7, MiiNe 4MB / 2MB 3 RJ-45 s transformátorem

Konektor LED

In Use: trvale svítí, 100 Mbps: Link Activity connection established 10 Mbps: Link Activity Fault: bliká, chyba IP

4 4-pinový hřebenový (s transformátorem)

Napájení

160 mA @3.3 VDC (Max.)

Způsob resetování Sériové rozhraní

Externí vstup & Reset pin TTL (3.3V)

Sériové signály Přenosová rychlost Operační mód Ovladač Utility Konfigurace EZTechnology

N/A 140 mA @ 3.3 VDC (Max.) / 92 mA @ 5 VDC (Max.) Reset pin

TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND 50 bps až 230.4 kbps, libovolně nastavitelná Real COM, Ethernet Modem Windows Real COM, Linux Real TTY, UNIX Fixed TTY Search Utility Web, Telnet, Serial (Serial Command Mode) ExTrigger, SCM EZPower, SCM

TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, GND


MiiNePort E1-SDK – vývojová sada a blokové schéma

USB Type B konektor (Debug Port)


MiiNePort E2-SDK – vývojová sada a blokové schéma

USB Type B konektor (Debug Port)


MiiNePort E1/E2-SDK – vývoj vlastního firmwaru ve třech krocích  3 kroky

 3 softwarové nástroje

Vývoj

MiiNePort-IDE

Testování

PComm Lite

Hromadná výroba

Search Utility


MiiNePort-IDE Integrovaný softwarový vývojový kit založený na platformě Eclipse – Editor zdrojového kódu – C/C++ kompilátor – On-line debugger Serial-to-Ethernet aplikace – Real COM, Ethernet Modem – TCP Server/Client/UDP předpřipravené kódy – Odpovídají operačním módům standardních převodníků NPort Předpřipravená a modifikovatelná uživatelská konfigurační rozhraní – SNMP, CLI (Telnet), SCM


Upload uživatelského firmwaru do modulu 2.

1.

3. 4.




Co je to přepětí? Zdroje: – Elektromagnetické pulzy vyvolané atmosférickými výboji (silné) – Elektromagnetické pulzy při spínání spotřebičů (trvalé)

Vazba: Vazba může být přes napájecí přívody nebo přes indukci do souběžných datových linek.

ON OFF

2 2

2 1

Přepětí je všude!

1


Přepěťové ochrany podle provozních podmínek Tvrdé

Základní

ON OFF

1. Blízkost napájecích systémů 2. Venkovní instalace 3. Nákladná zařízení

Řada NPort A s přepěťovou ochranou

Přepěťové ochrany Základní přepěťové 4. Kritické aplikace …atd. pokročilé úrovně ochrany


Jak zvolit správnou přepěťovou ochranu ISD Základní přepěťové ochrany pro všeobecné použití – Vnitřní prostředí – Pohony – Méně výkonné motory – Nízkonapěťové napájecí systémy Pokročilé přepěťové ochrany pro tvrdé provozní podmínky – Venkovní prostředí – Vstupy do objektů – Vysokonapěťové napájecí systémy – Výkonné motory – Kritické aplikace


Specifikace Surge Protector

ISD-1110-T

Výkonová odolnost Chráněné linky

ISD-1130-T

ISD-1210-T

400 W 7

ISD-1230-T

3000+ W 4

4

Kapacita ochrany

4 kV, 8/20 μs impulsy

20 kV, 8/20 μs impulsy

Pracovní napětí

15 V

15 V

Maximální proud

5V

100 mA 120m A 23°C), 23°C), 50m A 70mA (85°C) (85°C)

Způsob ochrany

400 mA (20°C), 130 mA (85°C)

Signály navzájem, signály proti zemi

Krytí

IP30

Pásmo Konektory

5V

10 MHz, útlum < 1 dB DB9

Svorkovnice

Svorkovnice

Kryt

Plast

Kov

EMS

EN 61000-4-5 Level 4

IEC 61643-21 C2


Kdy použít galvanické oddělení Propojení různě zemněných zařízení 1. Vznikají zemní smyčky 2. Izolátor přeruší proudy vyvolané rozdílem zemních potenciálů Lokalita A

Lokalita B

>> Izolátor Zem A

Přerušení zemní smyčky

Zem B




NPort 6000 – pokročilé funkce Bezpečný přenos dat – Důležité při přenosu důvěrných dat po síti – NPort 6000 umožňuje SSL šifrování dat při přenosu – Možnost šifrování dat na ethernetu v módech RealCOM, TCP Client, TCP Server a PairConnection – Transparentní použití v RealCOM módu díky ovladači virtuálního COM portu s dešifrováním

Šifrovaná data

Databáze

Šifrovaná data

Platební terminál Ethernet Sériová linka


NPort 6000 – pokročilé funkce Spolehlivý přenos dat – Pro kritické aplikace sběru dat ze sériových zařízení – Ochrana dat pro případ výpadku ethernetové sítě – Vyrovnávací paměť 64kB pro každý sériový port u víceportových serverů rozšiřitelná SD kartou – Po obnově funkce sítě se data odešlou do nadřazeného systému

Měřicí přístroj

SCADA

Ethernet Sériová linka


NPort 6000 – pokročilé funkce Slot pro ethernetové rozšiřující moduly – Pouze u serverů se 4-mi a více sériovými porty – Pracuje jako vestavěný ethernetový přepínač (jedna IP adresa) – Využití pro připojení dalších zařízení v rozvaděči bez dalšího přepínače – Pro připojení optickou linkou


NPort 6000 – pokročilé funkce Přímá podpora kruhové redundance – Po rozšíření o další LAN port – Není potřeba další redundantní přepínač – Obnova funkce sítě do 20ms


NPort 6000 – pokročilé funkce Záložní spojení – Používá modul s modemem pro vytáčené telefonní spojení přes analogovou linku – Automaticky vytvoří záložní spojení v případě výpadku sítě

Vytáčené spojení




Shrnutí Výhodou Profibus/PROFINET brány MGate 5102-PBM-PN je rychlá konfigurace eliminující chyby Výhodou Profibus mediakonvertorů se dvěma optickými porty je větší variabilita použitých topologií a možnost redundance Při vývoji vlastního firmwaru pro vestavné převodníky serial-toEthernet jsou k dispozici ověřené kódy pro nejběžnější operační módy s možnosti modifikace Přepětí je nejčastější příčinou poruch sériových zařízení Terminálové servery NPort 6000 podporují zabezpečení dat před ztrátou při poruše sítě a před jejich zneužitím neoprávněným uživatelem

Těšíme se na spolupráci ELVAC a.s. Hasičská 53, 700 30 Ostrava-Hrabůvka Tel.: +420 597 407 100 Fax: +420 597 407 102 E-mail: [email protected] www.elvac.eu

Sériová komunikace a brány pro průmyslové protokoly. Michal Kahánek

Recommend Documents