Moduły kontrolno-pomiarowe w sieciach przemysłowych

Wejścia i wyjścia analogowe również mają mnóstwo zastosowań - pozwalają na podłączenie czujników temperatury, wilgotności, na pomiar napięcia w sieci elektrycznej, sterowanie oświetleniem, wentylacją i wiele innych. Na rynku dostępne są też moduły kontrolno-pomiarowe wyposażone w wejścia i wyjścia przekaźnikowe. Ich zaletą jest to, że można bezpośrednio do ich styków podłączać urządzenia wykonawcze o stosunkowo dużej mocy.

Kolejną wspólną cechą tych modułów jest interfejs komunikacyjny, bo co nam z tych licznych wejść wyjść, jeśli nie można ich odczytać lub ustawić? W urządzeniach przemysłowych znajdziemy wiele protokołów i standardów komunikacyjnych, ale trzy główne, na których później ewentualnie działają protokoły wyższych warstw, to USB, standardy szeregowe (np. RS-232/422/485), Ethernet.

Modele MKP

Fot. 1. Dwa najczęściej spotykane na rynku MKP o modułowej budowie: po lewej ioLogik E4000, po prawej ioPack 8500

Na rynku znajdziemy wiele urządzeń dopasowanych do różnych potrzeb. Możemy rozróżnić urządzenia o budowie modułowej - czyli takie, w których producent oferuje szereg modułów z inną konfiguracją wejść/wyjść. Dzięki temu łatwo jest skomponować MKP o określonych parametrach, a do tego niezajmujący dużo miejsca na szynie DIN.

Producenci oferują różne rodzaje takich modułów, ale najczęściej można spotkać dwa typy, takie jak na fotografii 1. Duża część MKP to urządzenia samodzielne, bez możliwości rozbudowy. Dobrym przykładem jest ioLogik z serii E12xx. Ma on wąską obudowę, dzięki czemu zajmuje mało miejsca na szynie DIN. Jest dostępny w kilku wersjach i w zależności od modelu oferuje wszystkie kanały wymienione wcześniej. Moduły z tej serii same w sobie są pasywne, ale istnieje kilka możliwości do nawiązania z nimi komunikacji: protokół Modbus TCP, komunikacja z pośredniczącym serwerem OPC lub własna aplikacja napisana na podstawie bibliotek udostępnionych przez producenta.

Kolejnym kryterium, według którego możemy dzielić MKP, to typ interfejsu, w jaki może być wyposażony. Jest to bardzo istotna cecha, ponieważ wpływa na łatwość integracji sprzętu, diagnozowania błędów, późniejszą rozbudowę systemu, maksymalny dystans transmisji oraz wiele innych. Dla przykładu warto porównać standard szeregowy i Ethernet, na których pracuje wiele protokołów komunikacji przemysłowej.

Ten pierwszy jest już dość stary, jednak ze względu na jego prostotę, łatwość implementacji, obecność w praktycznie każdym mikroprocesorze i pececie jest on nadal szeroko stosowany w automatyce przemysłowej. Dowodem tego jest chociażby niedawne wypuszczenie na rynek przez firmę Moxa serii MKP mających tylko port szeregowy RS-485 2W - io-Logik R12xx.

Dzięki temu interfejsowi maksymalny dystans transmisji modułów wynosi 1200 m, a do komunikacji wystarczy tylko jedna para skrętki. W Ethernecie, dla porównania, można zestawić połączenie między hostami na maksymalnej odległości równej 100 m. Ethernet mimo tej jednej wady ma też duże zalety, chociażby takie, że urządzenia z tym interfejsem łatwo jest umieścić zdalnie, w innej lokalizacji z dostępem do Internetu.

Rys. 2. Funkcja peer-to-peer w ioLogik E12XX, pozwala na przeniesie wejść modułu lokalnego na odpowiednie wyjścia modułu zdalnego

Konfiguracja takiego połączenia jest bardzo prosta - polega na utworzeniu jednej reguły przekierowującej w routerze. Równie łatwo można to zrobić, wykorzystując bezprzewodową bramkę IP, np. w trudno dostępnych lokalizacjach. Przykładem MKP z Ethernetem jest io-Logik E12xx, który był już wcześniej wspominany.

Warto też dodać, że ma on bardzo przydatną funkcję o nazwie peer-to-peer, która pozwala na przeniesienie stanu konkretnych wejść modułu lokalnego na odpowiednie wyjścia modułu zdalnego - obrazuje to grafika obok (rys. 2). Peer-to-peer bardzo upraszcza "przeniesienie sygnałów" w inne miejsce, nie angażując do tego dodatkowych urządzeń takich jak sterownik PLC lub PC.

Istnieją sytuacje, w których wymagane jest szybkie i niezawodne sterowanie urządzeniami lub procesem, z wykorzystaniem danych z wejść. Wymagania te wymuszają, aby MKP miał wbudowaną logikę lub program, na podstawie których sterowałby wyjściami. Sterowniki PLC oferują oczywiście taką funkcjonalność, jednak ich cena bywa znacznie wyższa niż MKP, a dodatkowo wejścia/wyjścia są często mocno ograniczone. Firma Moxa ma w ofercie kilka tego typu urządzeń z możliwością napisania programu sterującego z C/C++.

Dzięki łatwym w użyciu bibliotekom zadanie te jest znacznie prostsze, niż w przypadku konkrecyjnych rozwiązań. Jednak nie zawsze integratorzy lub inżynierowie utrzymania ruchu mają doświadczenie w programowaniu w wyżej wymienionych językach. Idealnym rozwiązaniem tego problemu mogą być urządzenia takie jak ioLogik E22xx firmy Moxa, które umożliwiają stworzenie wbudowanej logiki za pomocą wybierania odpowiednich warunków z list rozwijanych (rys. 3). Funkcja ta jest intuicyjna, a proces "wyklikania" programu sterującego trwa tylko chwilę.

Wybór odpowiedniego modułu

Rys. 3. Prosta w użyciu logika sterująca Click-and-Go, zaimplementowana w ioLogik E22XX

Jak widać, różnorodność modułów kontrolno-pomiarowych jest bardzo duża. Powoduje to, że wybór najbardziej odpowiedniego może sprawić niemałe trudności. Ogólne kryteria, jakie brane są pod uwagę, to cena, parametry techniczne urządzenia, preferencje kupującego w zakresie producenta oraz dostępność. Większość parametrów technicznych została już omówiona we wcześniejszej części artykułu wraz z opisem właściwości, na które należy zwrócić uwagę.

Warto raz jeszcze zwrócić uwagę na powszechność standardu komunikacyjnego, który wykorzystuje dany MKP. Jest to bardzo ważne dla łatwej integracji oraz przyszłej rozbudowy sieci przemysłowej. Istotnym, a często pomijanym aspektem jest też napięcie zasilające urządzenia. Szeroki zakres napięcia wejściowego ułatwia instalacje modułów w różnych lokalizacjach, w których już istnieją zasilacze o innych parametrach. Z kolei w przypadku spadku lub podwyższeniu napięcia zasilającego w zakresie dopuszczalnym, poprawna praca urządzenia nadal jest możliwa. Większość modułów KP firmy Moxa wspiera napięcie zasilające w zakresie od 12 do 48 V_DC.

Niezawodność w sieciach przemysłowych jest niezwykle ważna, w szczególności gdy dane pomiarowe lub proces, którym steruje MKP, są kluczowe dla działania obiektu, a każdy przestój i awaria to straty ekonomiczne dla firmy. Firma Moxa słynie ze swojej niezawodności, o czym świadczy chociażby 5-letnia gwarancja udzielana na prawie wszystkie produkty oraz lata doświadczenia w produkcji sprzętu komunikacyjnego dla przemysłu. Wybierając Moxę - jedyną trudnością, jaka zostaje, jest wybór odpowiedniego modelu.

Piotr Gocłowski
Elmark Automatyka Sp. z o.o.
www.moxa.elmark.com.pl