АВИАТЭКС
search_text.gif
Вы находитесь: Главная arrow Статьи arrow MOXA Применение преобразователей семейства Network Enabler NE-4100 компании MOXA

MOXA Применение преобразователей семейства Network Enabler NE-4100 компании MOXA

Оглавление
MOXA Применение преобразователей семейства Network Enabler NE-4100 компании MOXA
Страница 2
Страница 3
С.Ю. СОЛОВЬЕВ, А.Ю. КОЛОДЕЗНЫЙ (ООО “Авиатэкс”), Ю.О. РЕЗНИК, И.Д. БАСКАКОВ, Д.А. ВОЛОКИТИН., А.В. МАСЛОВ (МАИ)

С.Ю. СОЛОВЬЕВ, А.Ю. КОЛОДЕЗНЫЙ (ООО “Авиатэкс”), Ю.О. РЕЗНИК, И.Д. БАСКАКОВ, Д.А. ВОЛОКИТИН., А.В. МАСЛОВ (МАИ)

Приводятся результаты инженерного тестирования преобразователей интерфейсов RS-232/422/485 – Ethernet семейства Network Enabler NE-4100 компании MOXА, проведенного компанией Авиатэкс. Рассматриваются особенностих применения этих преобразователей в составе систем промышленной автоматизации.

Компания Авиатэкс провела инженерную оценку свойств преобразователя интерфейсов RS-485 – Ethernet типа NE-4110A компании MOXA. Цель исследования – определение возможностей применения преобразователей для построения информационных каналов в системах промышленной автоматизации различного назначения.

Требования к современным интерфейсам автоматизированных систем

Стандартом современных индустриальных коммуникаций де-факто стала технология Ethernet. Доступность аппаратных средств, удобство использования, широкое распространение в локальных и корпоративных сетях, поддержка топологии типа “звезда”, хорошая стандартизация, возможность использования “обычных” сетевых кабелей UTP/FTP/STP делают сеть Ethernet универсальной основой для построения многоуровневых систем автоматизации.

Высокие эксплуатационные характеристики сети Ethernet проявляются в возможности быстрого развертывания распределенных систем автоматизации и управления, простоте интеграции оборудования различных производителей, сокращении времени проектирования и внедрения и как следствие – высокой экономической эффективности применения технологии Ethernet. Разработка и модернизация компонентов таких систем с интеллектуальными датчиками и микропроцессорными измерительно-управляющими подсистемами требуют решения технических вопросов, связанных с выбором аппаратной платформы, реализацией стека протоколов Ethernet, отладкой ПО.

Технология применения асинхронных последовательных интерфейсов RS-232/422/485 в микропроцессорных системах хорошо отработана: программная часть реализуется путем программирования УАПП (UART); аппаратная – на основе широко доступных драйверов интерфейсов (типа ADM202/MAX202, ADM489/MAX489 и т. п.). Аппаратных средств для использования в микропроцессорных системах интерфейса Ethernet на рынке электронных компонентов предлагается значительно меньше, и выбор аппаратной части Ethernet-устройства еще не решает всех проблем.

Например, применение относительно простой микросхемы Ethernet-контроллера CS8900 упрощает реализацию стека протоколов, но для ее эффективного использования требуется, чтобы микропроцессор устройства имел возможность обмена данными в режиме прямого доступа к памяти. Широко применяемые 8-разрядные микроконтроллеры, как правило, такой возможностью не обладают. Возможно также использование микропроцессоров с поддержкой сети Ethernet (типа DS80C400, AT91RM9200 и т. п.), но при этом неизбежна трудоемкая разработка ПО. Часто возникает необходимость “добавить” порт Ethernet к уже разработанным устройствам, и в этом случае замена контроллера является крайне затруднительной или вовсе невозможной.

Требования к аппаратным средствам построения информационных каналов

Сотрудники компании Авиатэкс имеют немалый опыт создания различного рода автоматизированных систем, основанных на принципах проектной компоновки [1]. Одним из множества вопросов, которые требуют конкретных технических решений, является вопрос выбора аппаратных средств для построения внутренних и внешних информационных каналов. При этом часто требуется добавить или заменить информационные каналы к давно разработанной системе для реализации ее в конкретных условиях.

Обычные требования, которые предъявляются к ним: прозрачность для прикладного ПО; надежность и долговечность; компактность; дешевизна.

Оценим эти характеристики применительно к преобразователю NE-4110A.

Прозрачность для прикладного ПО. Это требование объясняется желанием не иметь дополнительных трудностей с модификацией собственного ПО. Здесь следует сделать весьма существенные замечания. Различные преобразователи одного вида интерфейса в другой являются активными элементами, т.е. содержат микропроцессоры с памятью. Такие устройства изменяют временные характеристики каналов связи. Эти изменения надо учитывать при разработке прикладного ПО, особенно в части программных модулей, контролирующих протокол обмена данными.

Надежность и долговечность. Характеристики стандартных приборов по надежности и долговечности обычно являются приемлемыми. Срок службы 10-30 лет (что анонсируется авторитетными производителями) требует смены оборудования в результате морального старения, а не из-за физического износа.

Компактность. Плата размером 57´40 мм кажется нам вполне удовлетворительной для встраивания в применяемые конструктивы.

Дешевизна. Стоимость преобразователей семейства NE-4100, выполненных в OEM-варианте, составляет менее 100 долл. США. Стоимость функционально аналогичных преобразователей в промышленном исполнении (например, NPort5230) – менее 200 долл. США. Эти цифры следует признать вполне удовлетворительными и сравнимыми с увеличением стоимости промышленных контроллеров с наличием порта Ethernet по отношению к контроллерам, такого порта не имеющим.

Опыт инженерного тестирования

Тестированию подвергался преобразователь NE-4110A, установленный на плату NE-4110-ST из стартового набора (рис. 1) [2].

Тестирование функциональности преобразователя производилось в режиме виртуального COM-порта и в режиме TCP-сервера для различных скоростей обмена данными и способов подключения (двухпроводный RS-485, четырехпроводный RS-485, RS-422). Конфигурирование преобразователя в обоих режимах осуществлялось при помощи конфигурационной утилиты (рис. 2) и через веб-интерфейс (рис. 3). Преобразователь подключался в сегменты сети Ethernet 10Base-T и 100Base-TX. Проверена прозрачность преобразователя при обмене данными между контроллером Modicon TSX Micro (TSX3721001) и ПО “Коммуникационный сервер” (разработки компании Авиатэкс) по протоколу Modbus RTU (скорость – 19200 бит/с) в режиме виртуального COM-порта.

Тестирование работы преобразователя в реальных условиях производилось в составе автоматизированной информационно-измерительной системы учета электроэнергии, автоматизированной системы управления промышленными хроматографами и автоматизированного комплекса лабораторных установок.

При тестировании преобразователя на отладочном стенде автоматизированной информационно-измерительной системы учета электроэнергии были собраны и проверены две схемы включения преобразователя: с одним счетчиком, подключенным к ветви интерфейса RS-485, и с группой счетчиков (рис. 4). Использовались микропроцессорные счетчики электроэнергии ЕвроАльфа и специализированный промконтроллер (устройство сбора и передачи данных) RTU-314 (компания “Эльстер Метроника”). Подключение счетчиков, имеющих интерфейс RS-485, к сети Ethernet позволяет отказаться от прокладки кабельных сетей RS-485 и производить опрос счетчиков с использованием существующей сети Ethernet предприятия. В случае необходимости использования преобразователей в корпусном исполнении могут быть применены функционально аналогичные преобразователи типа NPort5230 (двухпортовые асинхронные серверы RS-232/422/485 в Ethernet), NPort5430 (четырехпортовые асинхронные серверы RS-422/485 в Ethernet) или NPort5630 (8/16-портовые асинхронные серверы RS-422/485 в Ethernet).

При тестировании в составе АСУ промышленными хроматографами преобразователь использовался для подключения к сети Ethernet контроллера промышленного хроматографа [3]. Тестирование осуществлялось в режиме виртуального COM-порта и в режиме TCP-сервера. Обмен данными – полудуплексный, по протоколу типа “запрос-ответ” собственной разработки; скорость обмена данными – 38400 бит/с.

При тестировании в составе автоматизированного комплекса лабораторных установок преобразователь использовался для подключения к сети Ethernet микропроцессорного измерительно-управляющего блока. Была проверена работа преобразователя в режиме виртуального COM-порта и в режиме TCP-сервера; скорость обмена данными – 115200 бит/с; подключение – по интерфейсу RS-422; обмен данными – полнодуплексный. Важной особенностью преобразователя является то, что его включение в канал связи изменяет временные соотношения между передаваемыми и принимаемыми данными, что, очевидно, связано с буферизацией данных в памяти преобразователя. Это обстоятельство следует учитывать при написании нового или использовании существующего ПО.

Тестирование во всех использованных режимах, при различных параметрах и способах подключения подтвердило заявленные производителем технические характеристики преобразователя. Применение стандартных интерфейсов и протоколов позволяет использовать преобразователь совместно с оборудованием других производителей. Подробная инструкция по эксплуатации [4] содержит все необходимые сведения для работы с ним.