XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Цифровые средства автоматизации появились сравнительно недавно, в конце прошлого столетия [1]. А активное их использование в связи с большой стоимостью по отношению к аналоговым приборам, насчитывает не более десятилетия.

Главной особенностью цифрового средства автоматизации в том, что сигнал, получаемый от него или подаваемый к нему представлен в цифровом виде, с помощью «0» и «1». Для передачи этого сигнала требуется организация специальной шины, называемой полевой или в англоязычном варианте «FieldBUS». Тут то и начинается ряд проблем, которых уже давно не было при использовании аналоговых приборов, где устоялся стандарт токового сигнала 4-20 мА или сигнала по напряжению. Мировые гиганты до сих пор не могут определиться с одной общей для всех шиной. Попытки договориться, конечно, неоднократно были, и в 2000 году даже создан стандарт на промышленную управляющую сеть - IEC 61158 [2]. Но это только малая часть решения, так как стандарт просто классифицирует имеющиеся сети и рекомендует, какие из них предпочтительнее использовать.

В России активное использование полевых шин нижнего уровне насчитывает ещё меньшую историю и как следствие, специалистов в большим опытом внедрения таких систем крайне мало. Да, литературы с рекомендациями настройки в сети интернет достаточно, но одно дело кем-то написано, а другое дело – собственный опыт [3].

В связи с этим, на этапе обучения студентов по направлению автоматизация технологических процессов и производств актуальна реализация ряда лабораторных работ, моделирующих реальные производственные ситуации. При этом за основу предлагается взят самый распространённый в России протокол ModBUS. Его чаще всего используют при реализации полевых шин в связи с тем, что он полностью открытый и при этом сравнительно простой при реализации [4]. Хотя именно последнее, простота, и добавляет массу проблем при настройки в промышленных условиях. Более дорогие шины намного более продуманны разработчиками и исключают большинство трудностей монтажа и настройки. Но это не наш, не Российский путь.

Физической основой для протокола ModBUS является интерфейс RS-485 (ModBUS RTU и ASCII) и более современный интерфейс Industrial Ethernet (ModBUS TCP). При использовании сети RS-485, устройства к ней подключаются последовательно, с соблюдением полярности контактов А и В (рис.1).

Рис. 1. Схема подключения устройств к сети RS-485

Перечень проблем, возникающих при использовании сетей на базе протокола ModBUS RTU можно условно разбить на 2 категории:

- неправильный монтаж кабеля, реализующего интерфейс RS-485;

- ошибочная настройка программного обеспечения подключаемых устройств.

После некоторого времени анализа работы монтажной группы на реальном производстве был выявлен некоторый перечень возникших проблем. Поиск неисправности и конечные варианты решения возникших проблем представлены в таблице 1.

Таблица 1. Перечень некоторых проблем передачи данных и их решение

Проблема	Параметры передачи данных	Поиск неисправности	Найденное решение
1	2	3	4
Нестабильная связь по интерфейсу RS 485 (протокол Modbus RTU) между контроллером WinPac 8848 и контроллером Овен СПК 110. Медленная передача данных (до нескольких минут после изменения какого-либо параметра), периодическая полная потеря связи.	Modbus RTU, скорость - 115200, длина слова - 8, 1 стоп бит, контроль четности – нет, таймаут 2000 мс, задержка запроса – 50 мс.	При проверке осциллографом на линии связи была обнаружена помеха, искажающая сигнал и вносящая в него синусоидальную составляющую. Установка согласующих резисторов, изменение их номиналов, замена и перепрокладка интерфейсного кабеля, изменение параметров передачи данных не дали положительного эффекта.	Схема питания контроллеров WinPac 8848 и Овен СПК 110 имела общий минус со схемами управления преобразователями частоты ABB ACS355, ABB ACS580, ABB 880. После разделения схем питания контроллеров и управления преобразователями частоты, помеха с интерфейсной линии пропала, передача данных стабилизировалась. Используемые блоки питания – Овен БП60Б-4Д и Овен БП120.

Продолжение таблицы 1.

1	2	3	4
Периодическая потеря связи по интерфейсу RS 485 (протокол Modbus RTU) между контроллером Овен ПЛК 100, регуляторами Овен ТРМ 202, измерителями Овен УКТ 38. Опытным путем было установлено, что связь восстанавливается после перезагрузки одного из регуляторов ТРМ 202, но вновь теряется через случайный промежуток времени (от нескольких минут до нескольких суток).	Modbus RTU, скорость - 9600, длина слова - 8, 1 стоп бит, контроль четности – нет, режим работы – по времени опроса, время опроса – 100 мс.	Установка согласующих резисторов, изменение их номиналов, замена и перепрокладка интерфейсного кабеля, изменение времени опроса и таймаута обмена не дали положительного эффекта. На форуме техподдержки Овен было найдено упоминание, что существует проблема с работой ТРМ 202 по протоколу Modbus RTU.	Проблемная сеть была переведена на протокол Modbus ASCII, после чего потери связи прекратились.
Периодическая потеря связи по протоколу Modbus TCP между контроллерами Овен ПЛК 100, Овен ПЛК 110 и монитором реального времени Trace Mode 6, установленном на общем сервере. Расстояние от сервера до объектов варьируется от сотни метров до 20 километров, соответственно отличается маршрутизация, промежуточные узлы и их количество, но потеря связи может произойти с любым из контроллеров в любой момент. После перезапуска МРВ связь возобновляется, но вновь теряется через случайный промежуток времени (от нескольких минут до нескольких суток).	Modbus TCP	Изменение параметров передачи данных, IP-адресов, портов, замена сетевого оборудования и частичная замена линий передачи данных не дали положительного эффекта.	В настройках контроллеров ПЛК 100 и ПЛК 110 было задано минимальное время цикла в 5 мс (параметр MinCycleLenght). Опытным путем было установлено, что при возврате данному параметру значения по умолчанию (1 мс), потери связи прекращаются.

Продолжение таблицы 1.

1	2	3	4
Нестабильная связь по интерфейсу RS 485 (протокол Modbus RTU) между контроллером Овен ПЛК 100 и двумя светодиодными Modbus-индика-торами Овен СМИ2. Периодическая потеря связи с одним из индикаторов, при этом после перезагрузки контроллера связь может потеряться с другим индикатором.	Modbus RTU, скорость - 9600, длина слова - 8, 1 стоп бит, контроль четности – нет, режим работы – по времени опроса, время опроса – 100 мс.	Установка согласующих резисторов, изменение их номиналов, замена и перепрокладка интерфейсного кабеля, изменение параметров передачи данных не дали положительного эффекта.	После переключения режима работы сети (параметр Work Mode) с «по времени опроса» (By poll time) на «по команде» (By command) передача данных стабилизировалась. При этом в программу ПЛК 100 был добавлен блок, каждые 5 секунд переключающий передачу данных с одного индикатора СМИ2 на другой (Каждые 5 секунд в переменную «Command» индикатора, с которым передача данных инициируется, записывается значение FF, а в случае индикаторы, с которым связь прекращается, значение записывается FE).

Как видно из краткого обзора в таблицы 1, больше ошибок связано с настройкой программного обеспечения. При этом половина из них может быть промоделирована в лабораторных условиях.

Ошибки монтажа можно смоделировать, опираясь на множество рекомендаций по правильному монтажу, о которой говорится на многих форумах по автоматизации [5, 6] и рассматривается в журналах [7].

Список литературы:

1. Аналоговые и цифровые элементы автоматики // http://industrial-wood.ru, Главная, Новости. Дата обновления: 15.09.2014. URL: http://industrial-wood.ru/avtomatizaciya/5452-analogovye-i-cifrovye-elementy-avtomatiki.html

2. Промышленные сети А.А. Сахнюк, А.М. Литвин // Передовые технологии и технические решения, 2/2004 г. Стр.6-8. URL: http://www.picad.com.ua/0204/pdf/6.pdf

3. Бутывский И. Об особенностях работы по интерфейсу RS485 // chipmk.ru, Категория: Промышленные приборы. URL: https://chipmk.ru/razdely/13-promyshlennaya-pribory/60-ob-osobennostyakh-raboty-po-interfejsu-rs485

4. Протокол Modbus // autoworks.com.ua, Сетевыерешения. Дата обновления: 10.01.2012. URL: http://autoworks.com.ua/setevye-resheniya/protokol-modbus/

5. Форум - Правильная разводка сетей RS-485. Maxim's Application Note 373 (январь 2001 года) Переводчик Игорь Николаевич Бирюков (11 марта 2001 года) URL: http://forum.segnetics.com/showthread.php?t=329

6. Рекомендации по разводке сети интерфейса RS-485 / www.eni-bbmv.ru, Группа приборостроительных компаний "Энергия-Источник "ИТеК ББМВ" (Дата размещения: 12.10.2016) URL: http://www.eni-bbmv.ru/index.php/ru/doc/statya/226-rs-485

7. Поиск и устранение неисправностей в сетях RS-485/ Control Engineering [Электронный ресурс] URL: https://controlengrussia.com/promy-shlenny-e-seti/apparatnoe-obespechenie/poisk-i-ustranenie-neispravnostei-v-setjakh-rs-485/

Код для цитирования: Скопировать