Zaawansowana diagnostyka sieci Ethernet w aplikacjach automatyki przemysłowej

Funkcjonalność switchy Astraada Net dostępnych w ofercie firmy ASTOR została poszerzona o możliwość prowadzenia zaawansowanej diagnostyki sieci Ethernet w oparciu o popularny protokół Modbus TCP. Wsparcie standardu Modbus TCP pozwala na łatwą i szybką integrację z panelami operatorskimi (HMI) oraz systemami wizualizacji (SCADA) stosowanymi w systemach automatyki przemysłowej.

Wizualizacja pracy urządzeń wykonawczych jest stosowana w wielu zakładach przemysłowych w celu zapewnienia ciągłości produkcji. Dokładna analiza przebiegu pracy poszczególnych obiektów przyśpiesza czas wykrywania i usuwania awarii, dzięki czemu okres przestojów jest znacznie zredukowany.

W rozbudowanych systemach wizualizacji, o dużej ilości urządzeń lub dużym rozproszeniu obiektów, ważnym aspektem analizy jest sieć łącząca poszczególne obiekty. W przypadku popularnej sieci Ethernet elementami łączącymi urządzania wykonawcze są switche przemysłowe. Aby zapewnić najwyższą niezawodność warstwy komunikacyjnej, stosowane są switche zarządzalne, które pozwalają tworzyć odporne na awarię struktury sieci Ethernet oraz oferują możliwość prowadzenia zaawansowanej diagnostyki.

Rys. 1. Diagnostyka pracy sieci Ethernet w systemie HMI/SCADA.

Standardowo diagnostyka prowadzona jest w oparciu o protokół SNMP, który poprzez mechanizm „pułapek", informuje użytkownika o wcześniej zdefiniowanych zdarzeniach, np. problemach z łącznością czy restartem urządzenia. Aby skorzystać z tych informacji niezbędna jest znajomość protokołu SNMP oraz posiadanie odpowiedniego środowiska, które będzie kompatybilne z tym standardem (np. OPC SNMP server).

Znacznie prostszym i bardziej ekonomicznym sposobem uzyskania dostępu do danych diagnostycznych sieci przemysłowej jest wykorzystanie bardziej popularnego standardu komunikacji, np. dobrze znanego automatykom protokołu Modbus TCP, który obsługiwany jest przez większość systemów HMI/SCADA.

Switch, komunikując się z systemem SCADA, pełni rolę serwera Modbus TCP i udostępnia do odczytu kilkadziesiąt parametrów, m. in.: adres MAC, adres IP, wersję sprzętu i oprogramowania, czas pracy urządzenia, status zasilania, szczegółowe statusy pracy poszczególnych portów (aktywność, prędkość, tryb pracy, medium transmisyjne) oraz parametry związane z ilością przesyłanych danych, ilością kolizji. Dostęp do tych informacji z poziomu ekranu wizualizacji stanowi dla operatora niezastąpione źródło wiedzy o pracy sieci komunikacyjnej, podnoszące niezawodność pracy całej instalacji.

Konfiguracja protokołu Modbus TCP w switchu odbywa się w oparciu o konsolę CLI za pośrednictwem protokołu telnet. Domyślne parametry portu konfiguracyjnego to: baud rate – 9600, parzystość – brak, bity danych – 8, bity stopu – 1. Po zalogowaniu do switcha z poziomu konsoli wydajemy polecenia „enable" oraz „configure terminal". Do dyspozycji jest 5 komend dotyczących protokołu Modbus:

> modbus enable – włączenie obsługi protokołu Modbus TCP,
> modbus disable – wyłączenie obsługi protokołu Modbus TCP,
> modbus idle-timeout – ustawienie czasu bezczynności pomiędzy żądaniami,
> modbus master – ustawienie maksymalnej liczby klientów połączonych do serwera,
> modbus port – ustawienie portu dla protokołu Modbus TCP (domyślnie 502).

Przykład prawidłowej konfiguracji przedstawiony jest na rys. 2. Po zakończeniu konfiguracji warto wykonać restart urządzenia za pomocą komendy reboot.

Rys. 2. Przykład prawidłowej konfuguracji protokołu Modbus TPC w switchu Astraada Net.

Rys. 3. Weryfikacja poprawności konfiguracji.

Poprawność konfiguracji i aktualne ustawienia można sprawdzić używając komend „enable" i „show modbus".

Aby dane diagnostyczne były automatyczne pobierane przez system HMI/SCADA, należy w wybranym środowisku wizualizacyjnym dodać w sekcji dotyczącej komunikacji połączenie Modbus TCP Client (Master), a następnie skonfigurować jego parametry (adres IP, port TCP, numer urządzenia, timeout), zgodnie z ustawieniami wprowadzonymi w switchu.

Opisana funkcjonalność dostępna jest w przełącznikach Astraada Net: JET-NET-4510, JET-NET-5010G, JET-NET-5012G, JET-NET-5018G, JET-NET-5428G, JET-NET-6059G. Modele JET-NET-5010G oraz JET-NET-5012G oferują ponadto dostęp do rejestrów gromadzących bardziej rozbudowane dane diagnostyczne, dotyczące m. in. topologii sieci i połączeń rezerwowych.

www.astor.com.pl/jetnet