Protokol SSCP a sériová linka

S rozšířením síťových technologií už jsme si tak nějak zvykli, že i procesní stanice (PLC) komunikují s vývojovými nástroji, vizualizací i dalšími klienty přes síťové rozhraní, tedy Ethernet s protokolem TCP/IP, nad kterým je aplikační protokol standardní (např. BACnet) nebo specifický pro výrobce. Tato technologie nabízí kromě vysoké přenosové rychlosti i nízkou cenu, standardní rozhraní a dnes již vysoké know-how mezi techniky. Obrovskou výhodou je možnost vzdáleného přístupu a využití Internetu bez dalších nákladů, což šetří čas při uvádění do provozu i servisu.

Občas se ale dostaneme do situace, kdy jediná možnost, jak propojit dvě nebo více podstanic mezi sebou či k centrále, je sériová linka – dvouvodičové vedení. Nejčastější případy jsou tyto:

• Rozvaděče jsou od sebe dále než 100 m, což je maximální délka segmentu Ethernet. Položit optický kabel, který by větší vzdálenost mohl překonat, není možné.
• Jde o rekonstrukci staršího systému, například sítě výměníkových stanic. Sériové sběrnice jsou již instalovány a jejich náhrada sítí by byla neekonomická nebo nemožná.
• Stávající systém doplňujeme další podstanicí, přičemž v místě její instalace je kabelová rezerva pouze v podobě sériové linky.
• Topologie nahrává použití sériové linky: procesní stanice jsou umístěny v linii místo do hvězdy nebo smíšeně. (Tento důvod obstojí pouze v exteriéru; v budovách by neměl být problém zbudovat hvězdicovou topologii s Ethernetem díky menším vzdálenostem i lepší dostupností instalačních tras.)

U většiny systémů s proprietárními protokoly na Ethernetu musíme v těchto situacích použít pro výměnu dat mezi podstanicemi nebo pro vazbu na centrálu dostupné sériové protokoly, obvykle Modbus RTU. Tato cesta má zásadní nevýhody: složitější engineering a nižší flexibilitu – přes sériový Modbus není možné přehrávat programy, konfigurovat podstanici atd., což komplikuje uvádění do provozu a servis.

PLC rodiny Merbon používají pro výměnu dat i systémové služby vlastní otevřený protokol SSCP, který využívá jako přenosovou vrstvu TCP/IP. Podstanice nabízejí zajímavou možnost, jak výše zmíněný problém řešit: routování tohoto nativního protokolu SSCP na sériovou linku. Znamená to, že veškerá obsluha podstanic, včetně zastavování a spouštění programu, přehrávání softwaru, vyčítání dat, funkcí jako port monitor atd., může být realizována po sběrnici RS485.

Obr. 1: Připojení PLC po SSCP sériové lince přes SSCP router

Je k tomu potřeba několika předpokladů:

1. Jedna z podstanic je nakonfigurována jako SSCP router. Klientské programy jsou totiž zatím bez výjimky psány pro komunikaci přes Ethernet. Pokud bychom se chtěli připojit z notebooku třeba z Merbon IDE k podstanicím na sériové lince například přes převodník USB / RS485, nemáme k tomu vyhovující software. Jako router lze použít pouze podstanice s OS Linux, tedy mark220(LX), mark320(LX) nebo markMX (markMX.2).
2. Na každé podstanici je jeden sériový port (obvykle RS485) vyhrazený pro SSCP protokol. Na tento port již není možné připojit další zařízení, jako jsou I/O moduly, pokojové ovladače a regulátory atd. Port slouží výhradně pro komunikaci protokolem SSCP.
3. Každá podstanice, která slouží jako SSCP server, musí být příslušným způsobem nakonfigurována, viz dále, a musí mít na sběrnici jedinečnou linkovou adresu (SSCP adresu).

Při projektování musíme dodržovat obecná pravidla týkající se sběrnice RS485: linka musí být na obou koncích ukončená zakončovacím odporem (switch BUS END). Na sběrnici smí být teoreticky 255 podstanic, ale v praxi nepřesáhneme 30 až 40, i vzhledem k maximální délce sběrnice 1200 m. Sběrnice by měla být liniová, i když komponenty Domat jsou k pestřejším topologiím celkem tolerantní. Router nemusí být nutně na konci sběrnice – elektricky se chová stejně jako podstanice v roli SSCP serveru, lze ho tedy umístit kamkoli na linku. Pro vedení použijeme sdělovací kabel – kroucenou dvojlinku, LAM DATAPAR nebo J-Y(St)Y 2×0.8 mm. Vyhněme se přenosu na větší vzdálenosti (stovky metrů) po telefonním vedení, které často najdeme v areálech jako jsou tovární komplexy, kasárna atd., telefonní vodič je jednak poměrně tenký, jednak postrádá zaručený počet zkrutů na metr délky.

Sestavy, v nichž projekty tvoříme, budou pravděpodobně v Zjednodušeném módu, abychom mohli využívat automatických funkcí. Pak jsme omezeni na jedno PLC v sestavě. Jak router, tak SSCP server by sice šel nakonfigurovat i v Plném módu a ve společné sestavě, ale ve více sestavách bude práce přehlednější a rychlejší, zejména u rozsáhlejších programů.

Konfigurace routeru je poměrně jednoduchá, postup je popsán i v nápovědě Merbon IDE. Ve Vlastnostech PLC povolíme sériový router a vybereme sériový port, který bude připojen na SSCP linku. V našem příkladu je to port COM4.

Obr. 2: Nastavení PLC ve funkci SSCP routeru

Komunikační rychlost zvolíme podle délky linky a kvality vedení. Z hlediska datové propustnosti je výhodnější nechat rychlost co nejvyšší, na druhou stranu u delších, starších nebo méně kroucených kabelů by to znamenalo větší chybovost a tedy i celkově nižší efektivní přenosovou rychlost. Doporučuje se vyzkoušet nejprve maximální rychlost 115200 bps a v případě potíží ji postupně snižovat. Je samozřejmé, že u všech PLC na lince musí být rychlost stejná, proto pozor při změnách na dálku, je snadné si „zabouchnout“.

PLC ve funkci routeru nemusí být pro SSCP routování vyhrazené: může normálně plnit regulační úlohy a přes ostatní porty komunikovat s I/O moduly atd.

U SSCP serverů je nastavení podobné:

Obr. 3: Nastavení SSCP serveru

Všimněme si první položky ve skupině: SSCP adresa. Právě ta musí být unikátní na celé sériové lince a na ni se také odkazujeme při navazování spojení v IDE.

Počet registrovaných skupin a Počet proměnných ve skupině nechme na výchozích hodnotách. Zvětšováním hodnot lze do určité míry optimalizovat propustnost, záleží ale na kvalitě linky, aby snaha nebyla kontraproduktivní.

Upravenou konfiguraci nezapomeneme nahrát do podstanic a podstanice následně restartovat. Vzhledem k propustnosti linky přehráváme podstanice postupně, jednu po druhé. Při přehrávání všech najednou, jak jsme zvyklí v Ethernetu, by došlo k zahlcení sběrnice a proces by mohl skončit na timeoutech.

Při připojování z SSCP klienta použijeme pro všechny podstanice IP adresu SSCP routeru a SSCP adresu příslušné podstanice. U SSCP serverů není rozhraní Ethernet zapojeno, přesněji řečeno pro SSCP komunikaci s tímto klientem není využito. Neznamená to ale, že na něm nemůže být připojen jiný klient, např. místní obslužný terminál HT102 nebo HT200. Stačí jen v SSCP parametrech zkontrolovat, že je povolen TCP server. Musíme si ovšem uvědomit, že ze sítě, v níž je IDE nebo centrála, již terminály nejsou dostupné.

Obr. 4: Připojení více PLC přes SSCP router

Nastavení v RcWare Vision

• V RcWare Vision je pro všechna PLC za jednou IP adresou pouze jeden komunikační kanál a jeden "datový bod s klíčkem" - definice komunikačních ovladačů.
• V tomto bodu je IP adresa PLC, které má funkci routeru. "Router mód" je zaškrtnut, čímž se pro tuto definici jako celek zneplatní parametr Slave ID (zešedne).
• Všechny datové body ze všech PLC (router PLC na této IP adrese i SSCP seriové servery na sériové lince "za ní") používají stejný RcWare komunikační kanál, a to ten, který je nastaven v definičním bodu komunikace.
• Datové body z jednotlivých PLC se liší hodnotou Slave ID v SSCP parametrech, zde např. 2:

• Tato Slave ID se nejlépe nastavují pomocí hromadných funkcí (Ctrl-G) pro všechny dat. body příslušející jednomu PLC najednou.

Při připojení a aktualizaci hodnot musíme počítat s poněkud pomalejší reakcí, než je tomu na Ethernetu. Obvykle to ale není problém. Použití sériové linky pro komunikaci protokolem SSCP nám tedy umožní (až na sníženou rychlost) plnohodnotnou práci s PLC včetně všech konfiguračních a programovacích funkcí. Routování SSCP má význam zejména při rekonstrukcích a doplňování systému tam, kde instalace dalších kabelů není technicky možná nebo by nedávala ekonomický smysl. Stále platí, že pokud to jde, dáme přednost modernější a podstatně rychlejší síti Ethernet – a navíc v PLC ušetříme sériový port pro další I/O moduly nebo integraci cizích systémů.