133_135.pdf

A U T O M A T Y K A

Najnowsza seria zdalnych modu³ów

kontrolno-pomiarowych firmy Advantech

Advantech jest firm¹ znan¹ na naszym rynku od

dobrych kilku lat. Jest ona producentem m.in. zdalnie

sterowanych systemów pomiarowych rodziny ADAM.

Dotychczas produkowane uk³ady serii 4000 i 5000 s¹

wyposa¿one w standardowe interfejsy szeregowe

RS-232/485. A jak jest w przypadku najnowszej serii?

Wraz z modu³ami dostarczane jest

wiêc odpowiednie oprogramowanie

umo¿liwiaj¹ce przeprowadzenie takiej

konfiguracji urz¹dzeñ, a tak¿e podsta-

wowej diagnostyki poprawnoci ich

Interfejsy szeregowe RS-232/422/

485, mimo swej bardzo d³ugiej histo-

rii, s¹ nadal stosowane w przemyle

do komunikacji ze sprzêtem pomiaro-

wym i wykonawczym, miêdzy innymi

ze wzglêdu na ³atwoæ implementacji

ró¿nych protoko³ów komunikacyj-

nych. Nie oznacza to jednak, ¿e in-

terfejsy RS-232/485 s¹ pozbawione

wad. Ze wzglêdu na doæ restrykcyj-

ne ograniczenia odleg³oci pomiêdzy

komunikuj¹cymi siê urz¹dzeniami,

a tak¿e relatywnie niskiej dopuszczal-

nej prêdkoci transmisji, s¹ one wy-

pierane przez interfejsy nowych gene-

racji o du¿o wiêkszych mo¿liwo-

ciach. Zgodnie z tym trendem, firma

Advantech wprowadzi³a na rynek ro-

dzinê modu³ów kontrolno-pomiaro-

wych serii ADAM-6000 wyposa¿o-

nych w wewnêtrzny interfejs sieciowy

Ethernet 10/100 Mbd, komunikuj¹-

cych siê z jednostkami nadrzêdnymi

systemów nadzoru i sterowania za po-

moc¹ standardowego protoko³u

Modbus/TCP.

Jak dot¹d, w nowej rodzinie (któ-

ra bêdzie ca³y czas poszerzana) mo-

¿emy znaleæ kilka modu³ów komu-

nikacyjnych i modu³ów wejæ/wyjæ,

których krótkie charakterystyki zawar-

to w tab. 1 .

W tych modu³ach ka¿de z wejæ

cyfrowych mo¿e pracowaæ tak¿e jako

wejcie licznikowe (w trybie zwyk³e-

go zliczania impulsów lub pomiaru

czêstotliwoci) lub zatrzaskowe (zapa-

miêtywanie chwilowego pojawienia siê

poziomu niskiego lub wysokiego),

a ka¿de z wyjæ cyfrowych mo¿na

skonfigurowaæ jako wyjcie impulsowe

(o regulowanym wype³nieniu i ewen-

tualnie zadanej liczbie generowanych

impulsów) lub wyjcie opóniaj¹ce

o zadanej zw³oce czasowej. Podobnie

jak modu³y z serii ADAM-4000/5000,

modu³y nowej generacji s¹ wyposa¿o-

ne w uchwyt do monta¿u na szynie

DIN i mog¹ byæ zasilane napiêciem

sta³ym o wartoci 10...30 VDC.

dzia³ania. Program ten ( rys. 1 ) wyszu-

kuje wszystkie modu³y wejæ/wyjæ

serii ADAM-6000 w³¹czone do sieci

lokalnej i pozwala na ustalenie ich

podstawowych parametrów siecio-

wych (w³asny adres IP i maska pod-

sieci, adres IP domylnej bramy wyj-

ciowej umo¿liwiaj¹cy zastosowanie

modu³ów w sieciach rozleg³ych), pa-

rametrów wejæ i wyjæ (oprócz wspo-

mnianej ju¿ dowolnoci wykorzysta-

nia wejæ i wyjæ cyfrowych, w przy-

padku modu³u wejæ analogowych is-

tnieje miêdzy innymi mo¿liwoæ usta-

lenia zakresu pomiarowego dla ka¿de-

Pierwsze kroki - konfiguracja

Wykorzystane modu³y wejæ/wyjæ

w budowanym systemie automatyki

i/lub pomiarów powinny byæ oczy-

wicie wczeniej skonfigurowane.

Elektronika Praktyczna 3/2003

133

A U T O M A T Y K A

Protokó³ ten (we wszystkich sto-

sowanych obecnie implementacjach

ASCII/RTU/TCP) jest powszechnie

wykorzystywany do komunikacji po-

miêdzy urz¹dzeniami systemów auto-

matyki oraz nadzoru i/lub sterowania

pracuj¹cymi na komputerach PC

z urz¹dzeniami pomiarowymi i wyko-

nawczymi. Opracowany pierwotnie

przez firmê Modicon zosta³ zaakcep-

towany przez wiêkszoæ znanych pro-

ducentów sterowników przemys³o-

wych i sprzêtu pomiarowego. Modbus

nale¿y do rodziny protoko³ów typu

master-slave , w których tylko jedno

urz¹dzenie (jednostka nadrzêdna -

master ) mo¿e inicjowaæ transakcje,

a pozosta³e (jednostki podrzêdne -

slave ) odpowiadaj¹ jedynie na zdalne

zapytania mastera . Transakcja sk³ada

siê z polecenia ( query ) wysy³anego

z jednostki master do slave oraz od-

powiedzi ( response ) przesy³anej

zwrotnie, zawieraj¹cej ¿¹dane dane

lub potwierdzenie realizacji polecenia

(wyj¹tkiem s¹ wiadomoci rozg³osze-

niowe broadcast przeznaczone dla

wszystkich jednostek podrzêdnych

w sieci, na które jednostki slave nie

przesy³aj¹ ¿adnej odpowiedzi). Prze-

sy³ane w obydwie strony wiadomoci

s¹ w postaci ramek (umieszczanych

w przypadku implementacji TCP

w pakietach) o cile okrelonych po-

lach ( rys. 3 ).

W implementacji TCP/IP zrezyg-

nowano z pola adresowego (w odwo-

³aniach Modbus/TCP adres urz¹dzeñ,

do których kierowane jest zapytanie,

jednoznacznie okrela ju¿ przy sa-

mym nawi¹zywaniu po³¹czenia doce-

lowy adres IP) i sumy kontrolnej.

Wprowadzono natomiast rozszerzony

nag³ówek MBAP ( Modbus Applica-

tion Protocol Header ) zawieraj¹cy

cztery pola:

- identyfikator transakcji (2 bajty) -

wykorzystywany przez urz¹dzenie

master do prawid³owego kojarzenia

odpowiedzi uzyskiwanych na jego

kolejne zapytania (wartoæ ta zosta-

je ustalona i umieszczona w ramce

zapytania przez jednostkê master ,

a nastêpnie skopiowana i umiesz-

czona w ramce odpowiedzi przez

jednostkê slave ),

- identyfikator protoko³u (2 bajty) -

pole to ma zawsze wartoæ 0 odpo-

wiadaj¹c¹ oznaczeniu protoko³u

Modbus,

- rozmiar wiadomoci (2 bajty) - licz-

ba pozosta³ych bajtów wiadomoci

(poczynaj¹c od pola identyfikatora

urz¹dzenia. Pole to zosta³o wprowa-

dzone ze wzglêdu na mo¿liwoæ

dzielenia pojedynczej wiadomoci

na oddzielne pakiety TCP/IP),

- identyfikator urz¹dzenia (1 bajt) -

maj¹cy znaczenie np. w przypadku

Tab. 2. Najczêciej wykorzystywane

funkcje w protokole Modbus

Kod

Opis

0x01

Read Coils

0x02

Read Discrete inputs

0x03

Read Holding Registers

0x04

Read Input Register

0x05

Write Single Coil

0x06

Write Single Register

0x08

Loopback Diagnostic

0x0F

Write Multiple Coils

Rys. 1

0x10

Write Multiple Registers

go z kana³ów, przypisania progów

alarmowych oraz oczywicie ewentu-

alnej kalibracji), a nawet upgrade'owa-

nia oprogramowania wewnêtrznego

( firmware ) modu³u.

komunikacji z urz¹dzeniami Mod-

bus wyposa¿onymi w interfejs sze-

regowy za pomoc¹ bram ( gateways ).

Najczêciej wykorzystywane funk-

cje (sporód wielu dostêpnych cile

zdefiniowanych w standardzie) przed-

stawiono w tab. 2 . Ich wykorzystanie

pozwala na pe³n¹ obs³ugê urz¹dzeñ

pomiarowych i steruj¹cych w zakresie

wymaganym przez aplikacje pomiaro-

wo-kontrolne. Ostatnie z pól ramki -

DATA - wykorzystywane jest w przy-

padku zapytañ wysy³anych przez jed-

nostkê master do przekazywania do-

datkowych parametrów funkcji (czyli

na przyk³ad liczba odczytywanych re-

jestrów oraz adres pocz¹tkowy), nato-

miast w przypadku odpowiedzi gene-

rowanych przez jednostkê slave - do

przekazywania ¿¹danych przez jed-

nostkê nadrzêdn¹ danych (czyli np.

zawartoæ odczytywanych rejestrów).

W³¹cz/wy³¹cz/zmierz

Internet Explorerem?

Po przeprowadzeniu konfiguracji

modu³y s¹ gotowe do pracy. Dziêki

wbudowanemu miniaturowemu ser-

werowi WWW, dysponuj¹c standardo-

w¹ przegl¹dark¹ internetow¹ mo¿emy

uzyskaæ dostêp do modu³u praktycz-

nie z dowolnego miejsca na wiecie

(oczywicie pod warunkiem w³¹cze-

nia go do ogólnowiatowej sieci In-

ternet). Wystarczy jedynie w pole ad-

resowe przegl¹darki internetowej wpi-

saæ adres IP modu³u ( rys. 2 ), po

czym na ekranie komputera uka¿e siê

strona WWW z wynikami odczytu sta-

nów wejæ (cyfrowych, analogowych,

licznikowych), mo¿na tak¿e (oczywi-

cie po podaniu prawid³owego has³a

dostêpu) zdalnie zmieniæ stany wyjæ!

Piszemy w³asne

oprogramowanie

Na podstawie znajomoci sk³adni

protoko³u Modbus w implementacji

TCP/IP oraz mapy adresów rejestrów,

jestemy w stanie doæ ³atwo przygo-

towaæ w³asne oprogramowanie do ko-

munikacji z urz¹dzeniami, chocia¿by

w oparciu o wbudowan¹ w wiêkszoæ

systemów operacyjnych obs³ugê

gniazd.

Modbus/TCP - w³aciwoci

protoko³u

Podstawowymi za³o¿eniami przyjê-

tymi przy projektowaniu modu³ów

by³y: umo¿liwienie ich wykorzystania

w sieci Internet oraz umo¿liwienie

wspó³pracy z popularnymi programa-

mi SCADA ( Supervisory Control and

Data Acquisition ). Dlatego do komu-

nikacji z modu³ami wybrano jeden

z najpopularniejszych protoko³ów

Modbus/TCP.

Tab. 1. Zestawienie dostêpnych wersji

modu³ów z rodziny ADAM6000

Typ modu³u Funkcja

ADAM-6510 HUB 4-portowy 10Mbps

ADAM-6520 Switch 5-portowy 10/100Mbps

ADAM-6521 Switch 5-portowy 10/100Mbps

z wejciem wiat³owodowym

ADAM-6017 Modu³ I/O: 8xAI+2xDO

ADAM-6050 Modu³ I/O: 2xDI+6xDO

ADAM-6051 Modu³ I/O:

12xDI+2xDO+2xCounter

ADAM-6060 Modu³ I/O: 6xDI+6xRelay

Rys. 2

134

Elektronika Praktyczna 3/2003

A U T O M A T Y K A

Rys. 3

Na przyk³ad, odczytanie zawarto-

ci 32-bitowego licznika CNT01 w mo-

dule ADAM-6051 (wejcie cyfrowe DI0

pracuj¹ce w trybie zliczania impulsów)

wymaga nawi¹zania po³¹czenia

z urz¹dzeniem na porcie 502 (jest to

port standardowo wykorzystywany do

komunikacji w protokole Modbus/TCP)

i wys³ania pojedynczego dwunastobaj-

towego pakietu o zawartoci: 41-42-00-

00-00-06-FF-03-00-00-00-02 (czyli ¿¹da-

nia odczytu dwóch 16-bitowych rejes-

trów pocz¹wszy od adresu 40001).

W odpowiedzi (za³ó¿my, ¿e licznik

zliczy³ do chwili otrzymania zapytania

przez modu³ 1216 impulsów) powin-

nimy otrzymaæ pakiet o zawartoci:

41-42-00-00-00-07-FF-03-04-04-C0-00-00

(czyli przekazanie zawartoci rejestrów

w postaci czterech bajtów).

Pisanie oprogramowania w oparciu

o bezporedni¹ obs³ugê gniazd nie jest

oczywicie jedynym mo¿liwym roz-

wi¹zaniem. Na przyk³ad, producent

modu³ów pomiarowych Adam-6000 -

firma Advantech - dostarcza wraz

z urz¹dzeniami pakiet bibliotek DLL

oraz kontrolki ActiveX udostêpniaj¹ce

funkcje nawi¹zywania i zamykania po-

³¹czeñ TCP/IP oraz odczytu i zapisu

poszczególnych bitów, jak i ca³ych re-

jestrów (nie wymagaj¹ce od u¿ytkow-

nika znajomoci obs³ugi gniazd).

czêstotliwoci odwie¿ania w zakresie

od 1 do 20 klatek na sekundê. Wbu-

dowana sprzêtowa kompresja JPEG

umo¿liwia wybór jednego sporód

piêciu dostêpnych poziomów kompre-

sji obrazu, który ogl¹daæ mo¿na cho-

cia¿by za pomoc¹ zwyk³ej przegl¹dar-

ki internetowej (w dwóch dostêpnych

trybach - ActiveX lub Java) lub za

pomoc¹ dostarczanego wraz

z urz¹dzeniem oprogramowania IP-

View. Za pomoc¹ wy¿ej wymienionej

przegl¹darki przeprowadzana jest tak-

¿e konfiguracja urz¹dzenia pozwalaj¹-

ca na przypisanie podstawowych pa-

rametrów dotycz¹cych interfejsu sie-

ciowego, uzyskiwanego obrazu oraz

kontroli dostêpu do urz¹dzenia (ist-

nieje bowiem mo¿liwoæ zdefiniowa-

nia do 64 u¿ytkowników z dostêpem

chronionym has³em). Dodatkowo, ka-

mera zosta³a wyposa¿ona tak¿e

w wejcia/wyjcia cyfrowe umo¿liwia-

j¹ce miêdzy innymi wyzwalanie au-

tomatycznego wysy³ania pod wskaza-

ny adres wiadomoci e-mail z aktual-

nym obrazem.

Podsumowanie

Modu³y serii ADAM-6000 stano-

wi¹ kontynuacjê dotychczasowych do-

konañ producenta w dziedzinie roz-

proszonych systemów kontrolno-po-

miarowych. Porównuj¹c listê dostêp-

nych w rodzinie modu³ów wejæ-

wyjæ, nietrudno spostrzec wyrane

podobieñstwo do modu³ów wystêpu-

j¹cych w rodzinie 4000, bêd¹cej

jej pierwowzorem. Jednak dziêki za-

stosowaniu interfejsu sieciowego Et-

hernet, obs³udze standardowego pro-

toko³u Modbus oraz wbudowanemu

serwerowi WWW, wydaj¹ siê byæ

obecnie urz¹dzeniami bardziej uni-

wersalnymi i o znacznie szerszym

wachlarzu zastosowañ.

Jacek Bonecki

Elmark Automatyka Sp. z o.o.

advantech@elmark.com.pl

I jeszcze kamera...

Seria ADAM-6000 zawiera nie tyl-

ko modu³y kontrolno-pomiarowe. Pro-

ducent wprowadzi³ do niej tak¿e mo-

du³ kamery internetowej ADAM-6090

( fot. 4 ). Kamera jest wyposa¿ona

w interfejs sieciowy 10/100 Base-T

(opcjonalnie tak¿e w kartê sieciow¹

bezprzewodow¹ zgodn¹ ze standar-

dem IEEE 802.11b). Za jej pomoc¹

mo¿na uzyskaæ obraz o rozdzielczoci

od 160x320 do 640x480 pikseli, przy

Dodatkowe informacje

W artykule wykorzystano informacje zamiesz-

czone w dokumentacji technicznej modbus me-

ssaging on TCP/IP implementation guide dostêp-

nej w internecie pod adresem http://www.modbus.org.

Fot. 4

Dystrybutorem sprzêtu pomiarowego Advan-

tech jest firma Elmark Automatyka Sp. z o.o,

www.elmark.com.pl.

Elektronika Praktyczna 3/2003

135

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: