PROFINET – komunikacja bezprzewodowa Wi-Fi (2023)

Bezprzewodowa komunikacja Wi-Fi w oparciu o sterownik PLC S7-1200 z wykorzystaniem urządzeń bezprzewodowych firmy MOXA. Opis zestawu demonstracyjnego.

Verboten

W obecnych realiach branżowych, w czasach, gdy coraz częściej mówi się o IIoT (Industrial Internet of Things), dużą wagę przywiązuje się do wykorzystania otwartych protokołów przemysłowych. Ponadto coraz większego znaczenia nabierają rozwiązania chmurowe oraz te związane z cyberbezpieczeństwem. Aby sprostać tym trendom, potrzebujemy infrastruktury sieciowej, która jest dostosowana do działania 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu w trudnych warunkach, jest otwarta na wiele standardów branżowych i może obsługiwać wielu dostawców sprzętu sieciowego. Równie ważna jest niezawodność i wysoka wydajność aplikacji czasu rzeczywistego, takich jak komunikacja PLC-IO.

Rośnie zainteresowanie rynkiem bezprzewodowej automatyki przemysłowej, aby zapewnić łączność z urządzeniami znajdującymi się w trudno dostępnych miejscach, na zewnątrz, w zakładach transportowych, w pomieszczeniach produkcyjnych, gdzie zastosowanie rozwiązań przewodowych nie jest możliwe.

W poniższym artykule przedstawiamy sposoby budowy sieci Wi-Fi z wykorzystaniem protokołu Profinet w oparciu o urządzenia Moxa.

Sieć Profinet WiFi

Protokół Profinet oparty jest na standardzie Ethernet i dlatego jest kompatybilny ze standardami technologii bezprzewodowej IEEE 802.11 i IEEE 802.15.1. Oprócz technologii Bluetooth oznacza to również kompatybilność ze standardem Wi-Fi, który działa na częstotliwościach 2,4 GHz i 5 GHz. W zależności od wymagań aplikacji można zastosować najbardziej odpowiednią technologię transmisji bezprzewodowej różnych producentów.

Mówiąc o aplikacjach korzystających z Wi-Fi, możemy wyróżnić trzy najczęściej spotykane topologie. To są:

• Punkt do wielu punktów (Sterntopologia)
• punkt do punktu (most)
• Wędrowny

Punkt-punkt/wielopunkt

Profinet IO wykorzystuje fizyczne adresy MAC urządzeń do komunikacji między sterownikiem a innymi urządzeniami Profinet. Dzięki topologii punkt-wielopunkt użytkownik może powiązać wiele stacji bezprzewodowych (klientów) ze sterownikiem lub innymi urządzeniami (PC, SCADA). Większość sieci bezprzewodowych wykorzystuje infrastrukturę bezprzewodową (P2M) jako podstawowy tryb bezprzewodowy. Przykład topologii składającej się ze sterownika (Kontroler Profinet) i dwóch wysp (Profinet IO Device).

Pomysły

Aby nawiązać połączenie punkt-wielopunkt, jedno urządzenie musi pracować w trybie punktu dostępowego (AP), a pozostałe w trybie klienta. Konfiguracja jest najwygodniejsza przy pomocy konsoli internetowej (poprzez wpisanie adresu IP urządzenia w przeglądarce). w znakutryb pracy konfiguracji sieci bezprzewodowejLANWybierz tryb pracy żądanego urządzenia. Zostało to pokazane na poniższym obrazku.

Więcej informacji na temat konfiguracji radiotelefonów Moxa (wybór częstotliwości, szyfrowanie transmisji itp.) znajdziesz np. w poniższym artykule opublikowanym na naszym blogu:
Konfiguracja urządzeń bezprzewodowych Wi-Fi.

Funkcja klonowania MAC

Urządzenia pracujące jako klienci z komunikacją opartą na Profinet mają jedną wadę. Podczas wysyłania ramki danych nie przesyłają adresu MAC urządzenia podłączonego do portu LAN. Zamiast tego wysyłany jest adres MAC klienta. Graficznie ta sytuacja jest przedstawiona na poniższej grafice:

Sterownik Profinet nie rozpoznaje takiej ramki danych podczas analizy ruchu danych, ponieważ adres źródłowy nie należy do urządzenia Profinet.

Ten problem można rozwiązać, włączając funkcję klonowania adresów MAC (na urządzeniach działających w trybie klienta).

Aby to zrobić, przejdź do zakładkiKonfiguracja sieci WLAN - WLAN - Zaawansowane ustawienia sieci WLAN

Istnieją dwa tryby pracy MAC Clone:

• Auto — zalecane, jeśli do portu LAN podłączone jest tylko jedno urządzenie końcowe. Jeśli istnieje wiele urządzeń, kopiowany jest adres MAC pierwszego wykrytego urządzenia
• Statyczny — zalecany dla większej liczby urządzeń. Możemy podać adres MAC urządzenia do skopiowania.

Włączając funkcję MAC clone, urządzenie AWK pracujące w trybie klienta może zastąpić własny adres MAC adresem MAC urządzenia Profinet podłączonego do portu LAN.

W przeciwieństwie do poprzedniego przypadku, na poniższym rysunku wysyłany jest telegram danych ze znanym kontrolerowi źródłowym adresem MAC urządzenia końcowego.

Wielką zaletą MAC Clone jest niezależność od modelu punktu dostępowego, co oznacza, że ​​do prawidłowego działania funkcji MAC Clone nie są potrzebne żadne punkty dostępowe Moxa. Dzięki temu urządzenia klienckie są w pełni kompatybilne z istniejącą infrastrukturą bezprzewodową.

Należy pamiętać, że funkcja klonowania adresów MAC zapobiega kopiowaniu i przekazywaniu adresu MAC tylko jednego urządzenia.

punkt do punktu

Topologia punkt-punkt jest często nazywana topologią punkt-punkt. bezprzewodowy most. Jest to połączenie, które pozwala zastąpić miedziany kabel dwoma odpowiednio kompatybilnymi urządzeniami Wi-Fi. Jeden z nich pracuje w trybie „master”, a drugi w trybie „slave”. W tej topologii do urządzenia nadrzędnego można podłączyć wiele urządzeń podrzędnych. Domyślnie nie ma możliwości podłączenia innych urządzeń klienckich WLAN - na przykład laptopa - do urządzenia nadrzędnego. Dzięki temu połączenie to jest niewrażliwe na próby nieautoryzowanego dostępu. Natomiast włączenie funkcji VAP (Virtual Access Point) na masterze pozwala na ogłaszanie podłączenia dodatkowych urządzeń.Największą zaletą jest jednak „przejrzystość” przesyłanych danych. Urządzenia podłączone do mastera i slave'a mogą komunikować się ze sobą tak, jakby były połączone bezpośrednio kablem. Taka konfiguracja sprawdza się szczególnie dobrze w instalacjach, w których m.in. B. komunikacja odbywa się pomiędzy sterownikami rozproszonymi na większym obszarze.
Przykład takiej konfiguracji pokazano na poniższym rysunku:

Podobnie jak w poprzednim przypadku proces konfiguracji ogranicza się w najprostszym przypadku do wybrania odpowiedniego trybu pracy dla urządzeń.

Aby uzyskać kluczowe informacje, podsumowanie różnic między topologiami punkt-punkt i punkt-wielopunkt, zobacz poniższą tabelę:

Wędrowny

Roaming polega na przełączaniu urządzeń klienckich pomiędzy kolejnymi punktami dostępowymi. W normalnej sytuacji poziom sygnału nie jest aktywnie monitorowany, co może prowadzić do nagłej utraty sygnału. Możliwe jest ponowne nawiązanie połączenia po reaktywacji połączenia WLAN. Standardowe przełączenie trwa zatem około kilku sekund, co zwykle nie jest wystarczające w środowisku przemysłowym. Rozwiązaniem tego problemu jest wykorzystanie technologiiTurboroaming,co pozwala urządzeniom klienckim na przełączanie się pomiędzy kolejnymi punktami dostępowymi w czasiemniej niż 150ms.

Co najważniejsze, nie wymaga konfiguracji po stronie punktu dostępowego - żadnej ingerencji w obecną infrastrukturę. Tylko urządzenie pełniące rolę klienta powinno być odpowiednio skonfigurowane. Przełączanie do następnego punktu dostępowego odbywa się na podstawie porównania siły sygnału. Zastosowanie tej technologii pozwala na znacznie dokładniejsze sterowanie poruszającymi się obiektami.

Pomysły

Konfiguracja jest wymagana na urządzeniach klienckich. Aby włączyć Turbo Roaming, przejdź do zakładki w interfejsie internetowym
Konfiguracja sieci WLAN - WLAN - Zaawansowane ustawienia sieci WLANbrudnyTurboRoamingMarkaUczynić możliwym.

Demoset - Testy komunikacji

Aby przetestować komunikację bezprzewodową z obsługą Profinet, zbudowaliśmy mały zestaw demonstracyjny składający się z:

• Sterownik SPS Siemens S7-1200FC
• Moduł I/O IM 155-6 PN ST z 8 wejściami cyfrowymi
• AWK-1137C pracuje w trybie slave
• AWK-3131A pracuje w trybie master
• Zasilacz 24V - HDR-30-24
• Dwa przyciski do wysyłania sygnałów cyfrowych
• Słup oświetleniowy podłączony do wyjść cyfrowych sterownika PLC
• Mały program załadowany do sterownika PLC do sterowania oświetleniem na słupie oświetleniowym.

Zmiana na wejściu cyfrowym zdalnego modułu I/O powoduje zmianę na wyjściu cyfrowym PLC. Komunikacja pomiędzy kontrolerem a modułem wejściowym odbywa się za pomocą komunikacji bezprzewodowej.

Ważnym parametrem do rozważenia są ustawieniaustawienia w czasie rzeczywistymdla urządzeń Profinet IO.

Ustawienie czasu aktualizacji można skonfigurować osobno dla każdego urządzenia IO i określa on przedział czasu, w jakim dane są przesyłane z kontrolera IO do urządzenia IO (wyjścia) i odwrotnie dane z urządzenia IO do kontrolera IO (przekąska).

W przypadku komunikacji bezprzewodowej najlepszym rozwiązaniem jest ręczne dobranie odpowiedniego parametru w zależności od czynników środowiskowych, które mogą mieć wpływ na sygnał bezprzewodowy.

Cykliczne dane we/wysą wysyłane bez potwierdzenia jako dane czasu rzeczywistego w określonym czasie bazowym. Czas cyklu można ustawić indywidualnie dla każdego połączenia na konkretnej stacji, co pozwala dostosować wymagania dla poszczególnych aplikacji.

Koncepcja alarmowania obejmuje technologie wykrywania zdarzeń systemowych (np. podłączania i odłączania modułów) oraz sygnalizowania błędów wykrytych przez stację (np. awaria zasilania lub przerwa w kablu). Alarmy wykorzystują również do komunikacji działającą w czasie rzeczywistym wersję Profinet.

Jak odczytać powyższe parametry dowiesz się z poniższego artykułu:

Monitoring przełączników przemysłowych w środowisku TIA Portal.

Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą urządzeń bezprzewodowych.

W przypadku pytań prosimy o kontakt mailowy: moxa@elmark.com.pl