Integracja PLC z systemem komunikacji bezprzewodowej

Opis rozwiązania, w którym sterownik PLC Unitronics oraz system komunikacji bezprzewodowej wymieniają informacje.

Używane komponenty

Od strony komunikacji bezprzewodowej, system polega na dwóch rodzajach urządzeń od firmy Advantech. Są to:

• bezprzewodowy sensor LPWAN WISE-4210-S251,
• bezprzewodowy punkt dostępowy LPWAN WISE-4210-AP

Dzięki wykorzystaniu pierwszego z nich możliwe jest zdalne pobieranie danych oraz, dodatkowo, przesyłanie ich za pomocą bezprzewodowej sieci LPWAN. Moduł ten posiada możliwość prowadzenia odczytów pomiarowych zarówno za pomocą 6 wejść cyfrowych (typu "Dry-Contact"), jak i komunikacji szeregowej RS-485. Montuje się go naściennie lub na szynie DIN. Oprócz wsparcia tradycyjnych protokołów: Modbus TCP/IP oraz RTU, możliwy jest również przesył danych z wykorzystaniem REST i MQTT.

Drugi z powyższych komponentów to punkt dostępowy. Zamontowany w pobliżu stacji roboczych przekazuje do nich dane od maksymalnie 64 modułów klienckich. Oba wspomniane moduły mogą być zasilane zarówno z sieci (napięciem stałym 10 - 50V), jak i przy użyciu baterii.

Do odczytu informacji z punktu dostępowego wystarczy dowolny panel HMI obsługujący komunikację po Modbus, REST lub MQTT. Zastosowanie sterownika PLC pozwala jednak na rozszerzenie funkcjonalności systemu o sterowanie prowadzone w oparciu o dane wejściowe. Użyty sterownik PLC pochodzi z serii Unistream, a jego model to: US5-B10-TA30.

Dlaczego sieci LPWAN?

Sieci LPWAN zostały stworzone przede wszystkim z myślą o aplikacjach M2M (Machine-to-Machine) oraz IoT (Internet of Things). Rozwiązania wykorzystujące LPWAN charakteryzują się głównie niskim zużyciem energii oraz dalekim zasięgiem transmisji danych. Największą zaletą WISE-4210 w stosunku do rozwiązań wykorzystujących Wi-Fi jest lepsze pokrycie terenu i wyższa odporność na zakłócenia.

Co więcej, w porównaniu do Bluetooth, Wi-Fi oraz reszty standardów opartych o częstotliwość 2.4GHz, LPWAN wyróżnia się większą odpornością na zakłócenia. Efekt taki uzyskuje się dzięki dłuższej fali używanej do transmisji. Dłuższa fala sprzyja nie tylko wydłużeniu zasięgu, ale także zmniejszonej tłumienności przez napotkane przeszkody.

Konfiguracja modułów WISE od Advantech

Seria WISE-4210 wykorzystuje topologię gwiazdy. Co za tym idzie, każdy z modułów pomiarowych (WISE-4210-S2xx) komunikuje się z centralnym punktem w postaci access pointa (WISE-4210-AP). Z tego komponentu następuje również odczyt wszystkich informacji przepływających w obrębie sytemu. W tym przypadku taki odczyt nastąpi przy użyciu sterownika PLC.

Aby skonfigurować sensor WISE-4210-S251 , potrzebne będzie oprogramowanie Advantech WISE Studio, dostępne do pobrania w tej lokalizacji. Szczegółowe informacje dotyczące konfiguracji opisane są w instrukcji użytkownika.

Pierwszym krokiem jest podłączenie modułu WISE-4210-S251 za pomocą przewodu Micro-B USB do komputera oraz otworzenie środowiska WISE Studio. Następnie, użytkownik łączy się z wybranym urządzeniem wykrytym przez komputer oraz dostosowuje niezbędne ustawienia, takie jak:

• aktywacja/dezaktywacja rejestrów Modbus/wejść cyfrowych,
• dostosowanie parametrów transmisji (np. Region FR, prędkość transmisji, baseband).

Konfiguracja punktu dostępowego WISE-4210-AP odbywa się również w programie WISE Studio. Różnica polega na tym, że w tym przypadku istnieje możliwość podłączenia tego komponentu za pomocą przewodu Ethernet. Punkt dostępowy jest w stanie odbierać dane od każdego sensora, który posiada identyczne ustawienia transmisji bezprzewodowej.

Połączenie PLC i systemu komunikacji bezprzewodowej

W tym przypadku wykorzystuje się dwa moduły od Advantech: jeden zdalny sensor i jeden punkt dostępowy. Z uwagi na możliwość bateryjnego zasilania sensora WISE-4210-S251 może się on znajdować do 5 kilometrów od punktu dostępowego WISE-4210-AP. Ten natomiast jest połączony ze sterownikiem od Unitronics za pomocą przewodu Ethernet. Komunikacja pomiędzy ostatnimi dwoma komponentami następuje przy wykorzystaniu protokołu Modbus TCP/IP.

W prezentowanym rozwiązaniu możliwy jest odczyt pierwszych dwóch wejść cyfrowych sensora zdalnego, a ich stan obrazowany jest na panelu HMI sterownika Unitronics.

Konfiguracja sterownika PLC jako klienta MODBUS TCP

Wszelkie ustawienia pozwalające, by PLC i system komunikacji bezprzewodowej wymieniały dane zostały poczynione w programie UniLogic. Program ten pozwala na zarówno projektowanie logiki dla sterowników serii Unitream, jak również zmianę parametrów ich interfejsów komunikacyjnych.

Pierwszym krokiem jest nadanie ustawień adresu IP oraz maski sieciowej dla interfejsu Ethernet panelu sterownika. Dokonuje się tego w lokalizacji pokazanej na poniższym zdjęciu.

W tym przypadku punkt dostępowy Advantech ma przypisany adres IP: 10.0.0.1 wraz z maską: 255.0.0.0 - stąd wynikają powyższe ustawienia panelu sterownika.

Drugi etap to przejście do lokalizacji pokazanej na poniższym zdjęciu oraz dodanie zdalnego serwera Modbus (tu jego rolę pełni punkt dostępowy) do konfiguracji PLC.

Dla niego również należy ustawić odpowiednie parametry komunikacji (Adres IP, port).

Ten etap kończy dodanie odpowiednich akcji odczytu wejść cyfrowych systemu komunikacji bezprzewodowej. Poniższe zdjęcie przedstawia konfigurację, w której dane zbierane są z dwóch pierwszych wejść cyfrowych zdalnego sensora (4210-S251) oraz przypisywane do zmiennych D0 i D1 w programie sterownika. Dodatkowo, odczyt ustawiono jako okresowy (co 100 milisekund) oraz uzupełniono resztę informacji o serwerze (jak np. pole "Active Periodic" - teraz zawiera domyślną, zawsze aktywną zmienną systemową, co pozwala na prowadzenie ciągłego odczytu).

Prezentacja danych i podsumowanie

Informacje zbierane z wejść cyfrowych sensora mogą być zaprezentowane za pomocą prostego projektu HMI na ekranie sterownika. Aby uzyskać pożądany efekt, można na przykład zadeklarować dwie dodatkowe zmienne (negacje wejść cyfrowych) w programie sterownika i na podstawie tych 4 sygnałów sterować pojawianiem się i znikaniem elementów graficznych na HMI. Przykładowe rozwiązanie zaprezentowane jest na poniższym zdjęciu.

Wszystkie użyte komponenty przedstawione są niżej.

Jeśli masz pytania odnośnie zamieszczonych tu treści, skontaktuj się z nami pod adresem: sterowniki@elmark.com.pl . Jeżeli natomiast interesuje Cię tematyka łączności PLC i zewnętrznych systemów, zapoznaj się z artykułem o komunikacji PLC - SQL na naszym blogu.