Sériová komunikace a brány pro průmyslové protokoly. Michal Kahánek

Transkript

1

2

3 Sériová komunikace a brány pro průmyslové protokoly Michal Kahánek

4 Sériová komunikace a brány pro průmyslové protokoly Michal Kahánek

5 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

6 Přehled zařízení pro sériovou komunikaci a průmyslové protokoly Sériové servery, terminálové servery Externí sériové servery, terminálové servery Vestavné sériové servery Serial-to-Ethernet, serial-to-wifi, SDK Brány a karty pro průmyslové protokoly Modbus, PROFIBUS, Ethernet/IP, DF1, CAN Multiportové sériové karty PCIe, UPCI, PCI, PC/104, PC/104-Plus, ISA Průmyslové USB USB-to-serial, USB huby pro Hi-Speed USB 2.0 Mediakonvertory Serial-to-serial, serial-to-fiber, Ethernet-to-fiber

7 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

9 Trend v průmyslových sítích: přechod na ethernetovou infrastrukturu Průmyslové sběrnice Modbus RTU/ASCII Sériová komunikace a brány pro průmyslové protokoly Průmyslový Ethernet Modbus/TCP Spravující organizace Modbus Organization Inc. PROFIBUS PROFINET DeviceNet EtherNet/IP CANOpen EtherCAT

10 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

11 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

12 Vysvětlení pojmu brána v hierarchii průmyslových sítí Podniková vrstva PC Server, databáze Ethernet TCP/IP SCADA vrstva Řídicí vrstva SCADA, IPC, PLC PLC, RTU, HMI Sběrnicová vrstva Měřidla, Pohony, Snímače, I/O Industrial Ethernet EtherNet/IP, PROFINET, Modbus/TCP Proxy server / brána Sběrnice Modbus RTU, PROFIBUS, DeviceNet, CANbus, M-Bus

13 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 S začíná na 145 není potřeba další komunikační modul!

14 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

15 MGate 5102-PBM-PN Dvojitý napájecí vstup, 3-pinový reléový výstup Micro SD karta LED displej PROFINET (kaskádní ethernetový port) Sériová konzola PROFIBUS Snadné použití a údržba Konfigurace ve třech krocích Přehledné monitorování I/O dat a stavu brány Záloha konfigurace přes Micro SD kartu Redundance Dvojitý redundantní napájecí vstup Odolné provedení Vysoká EMS ochrana Navrženo pro kritické aplikace v nepříznivých prostředích

16 Tradiční postup konfigurace 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 Nastavení v 7 krocích

17 Rychlá, jednoduchá a bezchybná konfigurace Krok 1 Funkce AutoScan ve webové konzole a export GSDML souboru Krok 2 Spuštění Step7 a import GSDML souboru Krok 3 Hotovo AutoScan Easy-to- Use

18 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 Brána zaznamenává všechny události pro pozdější analýzu Webové rozhraní brány zobrazuje aktuální stav I/O

20 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.

21 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

22 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

23 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

24 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

25 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, Kbps

26 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

27 Je k dispozici Sériová komunikace a brány pro průmyslové protokoly Funkce Bus Fail Safe Detekuje poškozené zprávy a nesprávné stavy signálů a nepřenáší je na druhou stranu sítě Bus Fail Safe Profibus Profibus ICF-1180I Převodník Profibus-Optika

28 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 ICF-1180I Převodník Profibus-Optika

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

30 Lineární topologie ICF-1280I uprostřed linky ICF-1180I na začátku a konci linky Používá se u výrobních linek

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

33 Co je to MiiNePort SDK Nejjednodušší vývojový nástroj pro vytvářední vlatních firmwarů do vestavných Serial-to-Ethernet převodníků

34 Specifikace Model MiiNePort E1-SDK MiiNePort E2-SDK CPU 32-bit ARM 7, MiiNe RAM / Flash 4MB / 2MB GPIO 3 4 Konektor RJ-45 s transformátorem 4-pinový hřebenový (s transformátorem) <Levá LED> <Pravá LED> LED In Use: trvale svítí, 100 Mbps: Link Activity connection established N/A 10 Mbps: Link Activity Fault: bliká, chyba IP Napájení 160 VDC (Max.) VDC (Max.) / 92 5 VDC (Max.) Způsob resetování Externí vstup & Reset pin Reset pin Sériové rozhraní TTL (3.3V) Sériové signály TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, GND TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND Přenosová rychlost 50 bps až kbps, libovolně nastavitelná Operační mód Real COM, Ethernet Modem Ovladač Windows Real COM, Linux Real TTY, UNIX Fixed TTY Utility Search Utility Konfigurace Web, Telnet, Serial (Serial Command Mode) EZTechnology ExTrigger, SCM EZPower, SCM

35 MiiNePort E1-SDK vývojová sada a blokové schéma USB Type B konektor (Debug Port)

36 MiiNePort E2-SDK vývojová sada a blokové schéma USB Type B konektor (Debug Port)

37 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

38 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

39 Upload uživatelského firmwaru do modulu

41 Zdroje: Co je to přepětí? 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 Přepětí je všude!

42 Tvrdé Sériová komunikace a brány pro průmyslové protokoly Přepěťové ochrany podle provozních podmínek Základní ON OFF 1. Blízkost napájecích systémů 2. Venkovní instalace Přepěťové 3. Nákladná zařízení ochrany 4. Kritické aplikace pokročilé atd. úrovně Řada NPort A s přepěťovou ochranou Základní přepěťové ochrany

43 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

44 Specifikace Surge Protector ISD-1110-T ISD-1130-T ISD-1210-T ISD-1230-T Výkonová odolnost 400 W W Chráněné linky Kapacita ochrany 4 kv, 8/20 μs impulsy 20 kv, 8/20 μs impulsy Pracovní napětí 15 V 5 V 15 V 5 V Maximální proud Způsob ochrany Krytí Pásmo 100 ma 23 C), 50m A (85 C) 120m A 23 C), 70mA (85 C) 400 ma (20 C), 130 ma (85 C) Signály navzájem, signály proti zemi IP30 10 MHz, útlum < 1 db Konektory DB9 Svorkovnice Svorkovnice Kryt Plast Kov EMS EN Level 4 IEC C2

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

47 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 Šifrovaná data Databáze Platební terminál Ethernet Sériová linka

48 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 SCADA Měřicí přístroj Ethernet Sériová linka

49 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

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

51 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

53 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-to- Ethernet 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

54 Těšíme se na spolupráci ELVAC a.s. Hasičská 53, Ostrava-Hrabůvka Tel.: Fax: