Консольные серверы и шлюзы PHOENIX CONTACT: устройства для быстрой и успешной интеграция любых последовательных данных в сети стандарта Ethernet
В настоящее время устройства и системы автоматизация достаточно глубоко проникли во все области производства и сложно представить современный завод, комбинат, электрическую станцию без собственной АСУ ТП, без автоматизированных систем мониторинга и учета, без возможностей для передачи информации о текущих процессах в удаленный диспетчерский пункт.
Более того, во многих областях промышленности возникает необходимость следования таким общим IT-трендам, как IIoT (Industrial Internet of Things), внедрение решений, соответствующих стандартам Industry 4.0, таким как: облачные хранилищаlданных, защищенный удаленный доступ к технологическому объекту.
И сейчас практически не возможно построить современную АСУ ТП объекта и, тем более, внедрять вышеперечисленные инновационные тренды в сферу производства без использования сетей на основе Ethernet.
Но, как правило, если речь не идет о новом объекте, решение организовать или модернизировать имеющуюся АСУ ТП на основе Ethernet-сети сразу же вызывает следующие вопросы:
Что делать с критичными системами, которые взаимодействуют по последовательным интерфейсам и не могут быть подключены к Etherne-сетиt, если временное прекращение функционирования этих критичных систем требует остановки всего производства и приведет к серьезным издержкам?
Что делать с оборудованием, которое не поддерживает Ethernet-сети, но при этом полностью пригодно к эксплуатации и может работать, выдерживая все требования еще многие годы?
Что делать с узкоспециализированным оборудованием, которое поставляется исключительно с последовательными интерфейсами и необходимых модификаций этих устройств с интерфейсом Ethernet на рынке нет в принципе?
Полная замена всего существующего оборудования с последовательными интерфейсами связи на оборудование с поддержкой Ethernet-сетей является крайне дорогим и неэффективным решением. Отсюда вытекает необходимость в другом, более экономически эффективном способе модернизации, позволяющем интегрировать существующее оборудование и системы в новую АСУ ТП.
Также, часто возникают задачи связать в сеть различные элементы или объекты производственного процесса, расположенные на дистанциях свыше 100 м, но прокладка оптических кабелей и установка соответствующего оборудования требуют серьезных затрат, в том числе, и на сложный монтаж, и на поддержание работоспособности линий связи, особенно при обрывах кабеля.
Медные линии связи проще и дешевле, если не требуется высокая скорость передачи данных и нет больших электромагнитных помех. Поэтому интерфейс RS-485 по-прежнему популярен в системах АСУ ТП для построения полевых сетей.
Для решения этих и других задач в настоящее время используются различные преобразователи последовательных интерфейсов в стандарты Ethernet-сетей, которые также называют - "серверами портов". Серверы портов позволяют интегрировать устройства с последовательным интерфейсом связи в сети стандарта Ethernet несколькими способами:
Способ передачи «сырых» данных внутри Ethernet-фрейма.
Способ преобразования последовательных протоколов передачи данных (ASCII, Modbus RTU, Modbus ASCII и другие) в стандарт передачи по TCP/IP- подобным протоколам (Modbus TCP, PROFINET, Ethernet/IP и другие).
Свой вариант практического решения вышеперечисленных трудностей, возникающих при осуществлении модернизации в действующих системах связи и управления на производстве, предложили специалисты компании Phoenix Contact. Вниманию российских заказчиков представляется особая линейка серверов портов, которые позволяют интегрировать в ЛВС (локально-вычислительная сеть) на основе стандарта Ethernet любые устройства с последовательными портами и и при этом реализуют широкий ряд возможностей.
Линейка устройств (серверов портов) от компании Phoenix Contact состоит из 5-ти следующих подгрупп:
• GW DEVICE SERVER — серверы портов, которые позволяют передавать «сырые» последовательные данные в составе Ethernet-фрейма. • GW MODBUS TCP/ASCII — шлюзы, которые позволяют преобразовывать протокол ASCII в протокол Modbus TCP. • GW MODBUS TCP/RTU —шлюзы, которые позволяют преобразовывать протоколы Modbus RTU и Modbus ASCII в протокол Modbus TCP. • GW EIP/ASCII — шлюзы, которые позволяют преобразовать протокол ASCII в протокол Ethernet IP. • GW PN/ASCII — шлюзы, которые позволяют преобразовать протокол ASCII в протокол PROFINET.
Соответственно, устройства в каждой из пяти вышеуказанных подгрупп, доступны к заказу в четырех исполнительских модификациях с различным количеством портов. Все возможные варианты конвертации типовых последовательных протоколов в стандарт Ethernet и модели устройств , которые могут выполнять соответствующие преобразования, представлены в таблице.
Все устройства конвертации последовательных протоколов, представленные в таблице, разработаны для промышленного применения, имеют высокий уровень защиты от электромагнитных помех и широкий температурный диапазон работы - от –40°С до +70°С.
Конфигурация всех устройств выполняется удаленно через встроенный web-сервер.
Для осуществления диагностики функционирования устройств конвертации предусмотрена упрощенная версия терминала, интегрированная в web-интерфейс. С его помощью возможно осуществлять мониторинг передаваемых данных - в окне терминала отображаются сообщения, которые отсылаются и принимаются через последовательные порты в режиме реального времени.
Это позволяет обнаружить ошибки конфигурации (например, неправильно выставленная четность) или монтажа (перепутанные местами RX и TX), а также выполнять диагностику в случае возникновения проблем с передачей данных без необходимости использования стороннего ПО.
Серверы портов часто используются для передачи важных данных — информация с RFID-меток, платежных терминалов и т. д. Преобразователи линейки GW имеют возможность шифрования данных с использованием алгоритма AES с длиной ключа до 256 бит, что позволяет передавать критичную информацию в защищенном виде.
На основе данных устройств,предлагаемых компанией Phoenix Contact, возможно успешно решить широкий диапазон задач:
Передача последовательных данных через сеть Ethernet (передача данных точка-точка, точка-многоточка).
Создание виртуального COM-порта. ¬
Преобразование протокола ASCII в протокол Modbus TCP / RTU, и Ethernet / IP.
Преобразование протоколов Modbus RTU / ASCII в Modbus TCP.
Организация обмена данными между мастерами Modbus (общая память Modbus).
Создание частной сети Modbus.
Подмена адресов устройств Modbus.
Организация взаимодействия ведомого устройства Modbus TCP с мастером Modbus RTU / ASCII.
Передача последовательных данных через сеть Ethernet (передача данных точка-точка, точка-многоточка)
Наиболее общее применение серверов портов — это соединение двух (точка-точка) или более (точка-многоточка) последовательных устройств в существующую сеть Ethernet. Сервер портов «упаковывает» последовательные данные в Ethernet-фрейм, т. е. последовательные данные инкапсулируются в сообщение.
Другие последовательные устройства также подключаются к ЛВС посредством серверов портов, поэтому для того, чтобы сервер портов «знал», куда передавать данные, в конфигурации указываются адреса удаленных преобразователей, на которые будут передаваться данные.
Такое применение позволяет обойти ограничения по дальности передачи данных от последовательного интерфейса (например, 15 м для RS-232).
Создание виртуального COM-порта
Зачастую на промышленном объекте используется ПО, которое может взаимодействовать с устройствами только через COM-порт. Чтобы обойти это ограничение и позволить программе общаться с последовательным устройством через сеть Ethernet, на рабочей станции, где установлено ПО, необходимо создать виртуальный COM-порт.
Виртуальный COM-порт — это удаленный COM-порт сервера портов, который на рабочей станции определяется как физическое устройство, установленное на самой станции. На самом же деле специализированное ПО (COM Port Redirector) или драйвер позволяет обращаться к COM-порту сервера портов по IP-адресу преобразователя.
Данные специализированные ПО и драйвер могут быть скачаны с сайта Phoenix Contact.
Преобразование протокола ASCII в протокол Modbus TCP/RTU, PROFINET и Ethernet/IP
Устройства GW MODBUS TCP/ASCII и GW EIP/ASCII позволяют преобразовать протокол ASCII в протоколы Modbus TCP, Modbus RTU и Ethernet/IP. Благодаря этому функционалу можно к существующей сети Ethernet (Modbus TCP, Ethernet/IP) или к существующей сети Modbus RTU подключить устройства, передающие данные по протоколу ASCII — считыватели штрих-кодов, складские весы и т. д.
Преобразование протоколов Modbus RTU/ASCII в Modbus TCP
Устройства Modbus с последовательным интерфейсом могут быть подключены к сети Modbus TCP. Каждому последовательному порту возможно назначить отдельный TCP-порт для удобства подключения.
Организация обмена данными между мастерами Modbus (общая память Modbus)
Функция «общей памяти» (Shared Memory) позволяет организовать взаимодействие мастер-мастер через устройство GW MODBUS TCP / RTU. В данном случае сервер портов GW MODBUS TCP / RTU эмулирует ведомое устройство Modbus, и каждый из мастеров может читать и записывать переменные из «общей памяти», таким образом реализуя передачу данных между мастерами Modbus.
