Pri avtomatizaciji stavb in manjših strojnih sistemih pogosto potrebujemo nekaj dodatnih fizičnih vhodov ali izhodov. Zahteva je lahko zelo preprosta: osem digitalnih kontaktov, nekaj relejnih izhodov ali več univerzalnih signalov. V takem primeru je lahko nesmiselno dodajati velik krmilnik samo zato, da dobimo nekaj I/O točk. Siemensovi moduli EM1.8D, EM1.8R in EM1.8U so zanimivi prav zato, ker ponujajo kompaktno razširitev I/O in komunikacijo prek Modbus RTU.
Za sistemskega integratorja pa je pomembno še nekaj: modul ni koristen samo zato, ker ima dobre priključke. Koristen mora biti tudi pri zagonu in servisu. Na objektu mora biti mogoče hitro ugotoviti, kateri modul je na vodilu, kateri naslov uporablja, ali komunikacija deluje in ali se fizično stanje pravilno preslika v podatke. Zato je v NODVIA Field nastal namenski Siemens EM1 Tool.
Kaj so EM1.8D, EM1.8R in EM1.8U?
Siemens EM1 je družina I/O razširitvenih modulov v okviru Desigo Essentials. Koncept treh izvedb je jasen in praktičen:
| Model | Osnovna funkcija | Tipična uporaba |
|---|---|---|
| EM1.8D | 8 digitalnih vhodov | suhi kontakti, statusi, stikala, alarmni kontakti |
| EM1.8R | 8 relejnih izhodov | vklop/izklop naprav, signalizacija, relejno krmiljenje |
| EM1.8U | 8 univerzalnih I/O | analogni in digitalni signali, tipala in univerzalne aplikacije |
Pri EM1.8U je bistvena fleksibilnost. Siemensova dokumentacija predvideva različne analogne in digitalne načine uporabe kanalov, zato je modul zanimiv tam, kjer vnaprej ne želimo vsake točke zakleniti v samo eno vrsto signala. Za projektanta to pomeni manj različnih tipov modulov na zalogi, za serviserja pa je toliko pomembneje, da razume, kako je posamezen kanal konfiguriran.
Zakaj je Modbus RTU pomemben?
Modbus je eden najbolj razširjenih industrijskih komunikacijskih protokolov. Uradna specifikacija ga opisuje kot aplikacijski protokol s principom zahteva/odgovor in funkcijskimi kodami. Pri serijski izvedbi se pogosto uporablja prek RS-485. Njegova prednost ni v tem, da bi bil najsodobnejši protokol, ampak da je preprost, dobro dokumentiran in ga podpira ogromno krmilnikov, gatewayev in servisnih orodij.
Siemens pri EM1 objavlja register map in podprte funkcijske kode. Dokumentacija med drugim navaja branje digitalnih vhodov, branje in zapis coilov ter branje in zapis holding registrov. To je za integratorja pomembno, ker lahko napravo vključuje tudi v sisteme, kjer nadrejeni krmilnik ni nujno Siemensov, če je integracija skladna z dokumentacijo in zahtevami projekta.
Kje so EM1 moduli cenovno zanimivi?
Beseda »ugoden« je vedno odvisna od projekta, lokalne nabavne cene in alternative. Vendar je logika EM1 zanimiva: če potrebujemo relativno majhno število dodatnih I/O točk in nam Modbus RTU ustreza, je lahko kompakten I/O modul gospodarnejša rešitev kot dodatni večji krmilnik ali bolj kompleksen oddaljeni I/O sistem.
Tipičen primer je manjša HVAC naprava, kjer potrebujemo dodatne statuse, relejne komande ali nekaj analognih signalov. Drug primer je razširitev obstoječega sistema, kjer je fizični I/O oddaljen od glavnega krmilnika, vendar je RS-485 vodilo enostavno izvedljivo. Tretji primer je zbiranje kontaktnih signalov iz naprav, ki same nimajo komunikacijskega vmesnika.
Za slovenski trg je možen dobavitelj tudi FENIKS PRO d.o.o.. Pred naročilom je smiselno preveriti aktualno razpoložljivost, ceno in predvsem ustreznost izbranega tipa za konkreten projekt.
Zakaj generični Modbus browser ni vedno dovolj?
Generični Modbus scanner je odličen, ko že poznamo register map, Unit ID, baud rate, parity in tip podatka. Težava je, da se prav na terenu pogosto začne še korak prej. Serviser pride do elektro omare in ve samo, da je na RS-485 vodilu nekaj modulov. Morda ni jasno, kateri naslovi so uporabljeni. Morda je bil modul zamenjan. Morda dokumentacija na objektu ni aktualna.
V takem scenariju je največja izguba časa ročno preizkušanje kombinacij. Zato namensko orodje, ki pozna določeno družino naprav, lahko pokaže bistveno več kot generični register browser: najprej najde modul, nato prikaže njegovo identiteto in I/O v smiselnem uporabniškem vmesniku.
NODVIA Field EM1 Tool
NODVIA Field je zasnovan kot »Swiss Army knife« za inženirja avtomatizacije stavb. Znotraj širšega nabora BACnet, Modbus, KNX, Climatix, M-Bus in omrežnih orodij ima EM1 svoj namenski servisni pogled.
Osnovni workflow je preprost:
- poveži telefon prek ustreznega USB/serijskega vmesnika oziroma izbrane Modbus poti;
- zaženi iskanje EM1 modulov;
- orodje preveri Unit ID in poskuša prepoznati prisotne module;
- izberi najden modul in preglej njegove I/O informacije;
- preveri komunikacijske parametre in po potrebi uporabi podprte nastavitve;
- rezultat shrani v projekt oziroma uporabi pri nadaljnji integraciji.
Namensko iskanje je koristno zato, ker uporabnik ne začne pri registru 40001, ampak pri fizični napravi, ki jo ima pred sabo. To je bližje dejanskemu servisnemu razmišljanju.
Commissioning: od vodila do signala
Pri zagonu je priporočljivo delati sistematično. Najprej se preveri fizična plast: napajanje, polariteta in topologija RS-485, zaključki vodila, oklop in morebitni podvojeni naslovi. Šele potem je smiselno iskati napako v registrih ali aplikaciji.
Ko je komunikacija stabilna, sledi preverjanje posameznih kanalov. Pri digitalnem vhodu lahko fizično spremenimo kontakt in preverimo, ali se stanje v orodju spremeni. Pri relejnem izhodu je treba biti bistveno previdnejši, saj ročni zapis lahko vklopi realno napravo. Pri univerzalnem kanalu pa je treba poleg vrednosti preveriti tudi konfiguracijo tipa signala in merilno območje.
Pogoste napake pri prvem zagonu
Pri Modbus I/O je veliko težav presenetljivo osnovnih. Prva je podvojen naslov: dva modula na istem vodilu odgovarjata na isti Unit ID in rezultat je nestabilna oziroma nepredvidljiva komunikacija. Druga je napačen baud rate ali parity. Tretja je zamenjana polariteta RS-485 oziroma slaba topologija vodila. Četrta je register offset, kjer dokumentacija govori o registru 1, orodje pa ga prikazuje kot 0. Peta pa je napačna interpretacija podatka: uporabnik prebere pravi register, vendar ga prikaže v napačnem tipu ali skali.
Namensko orodje lahko del teh napak prepreči, ne more pa odpraviti slabe fizične instalacije. Zato je dober commissioning vedno kombinacija električnega pregleda, protokolne diagnostike in razumevanja aplikacije. NODVIA Field je najbolj uporaben, ko podpira tak sistematičen postopek in ne samo hitrega klikanja po registrih.
Kateri EM1 izbrati?
Če potrebujemo samo binarne statuse, je logičen kandidat EM1.8D. Če potrebujemo osem preprostih relejnih komand, ima smisel EM1.8R. Če so signali mešani ali se lahko zahteve med projektom spremenijo, je EM1.8U bolj fleksibilen. Pri odločitvi pa ni dovolj šteti samo I/O točk: preveriti je treba električne karakteristike, dovoljene obremenitve, vrsto tipal, napajanje, način montaže, okoljske pogoje in zahtevano komunikacijsko topologijo.
Prav tako je smiselno razmišljati o življenjskem ciklu. Poceni modul, ki ga nihče na objektu ne zna diagnosticirati, lahko kasneje postane drag servisni problem. Zato ima kombinacija dobro dokumentiranega Modbus modula in praktičnega servisnega orodja dodatno vrednost: integracija je lažje ponovljiva, servisna ekipa pa hitreje razume, kaj ima pred sabo.
Integracija v širši sistem
EM1 je pogosto samo spodnja plast. Nad njim je lahko PLC, BMS krmilnik, gateway ali NODVIA Connect. Pri taki integraciji je dobro ločiti tri nivoje: fizični signal, Modbus predstavitev in nadrejeno podatkovno točko. Če se na primer digitalni vhod pravilno spreminja v EM1 Tool, napačno pa se prikazuje v SCADA, je napaka verjetno višje v verigi. Če se ne spremeni že na nivoju modula, je treba preveriti ožičenje oziroma konfiguracijo kanala.
Ta slojni pristop je pomemben, ker preprečuje naključno spreminjanje nastavitev na več mestih hkrati. Terensko orodje pomaga izolirati problem: naprava, protokol ali nadrejena integracija.
Samodejno iskanje ni nadomestilo za dokumentacijo
NODVIA Field poskuša zmanjšati čas do uporabne informacije, ne pa skriti tehnične osnove. Siemensova uradna dokumentacija ostaja referenca za dovoljene konfiguracije, registre, električne karakteristike in commissioning postopke. Namensko mobilno orodje je najbolj koristno takrat, ko se uporablja skupaj z dobro dokumentacijo.
Prav zato so v tem članku povezani primarni Siemensovi viri. Če se register, obnašanje ali dovoljena konfiguracija razlikuje od pričakovane, ima proizvajalčeva aktualna dokumentacija prednost pred povzetkom v kateremkoli tretjem orodju.
EM1 kot primer filozofije NODVIA Field
EM1 Tool dobro pokaže širšo idejo NODVIA Field. Aplikacija ne želi biti samo zbirka generičnih protokolnih ekranov. Kjer je smiselno, dodaja protocol-specific oziroma device-specific tools, ki uporabniku prihranijo korake. Climatix SCOPE MINI je drug primer iste filozofije.
Ta pristop je pomemben pri commissioning delu: najprej Connect, nato Diagnose, šele potem Commission. Če je mogoče napravo samodejno najti in razumljivo prikazati, je manj možnosti za napačen register, napačen naslov ali nepotreben poseg.
Sklep
Siemens EM1.8D, EM1.8R in EM1.8U so zanimivi zato, ker kombinirajo praktično količino I/O z razširjenim Modbus RTU protokolom. Za številne manjše in srednje naloge so lahko stroškovno smiselna razširitev, še posebej kadar obstoječa arhitektura že podpira RS-485/Modbus.
NODVIA Field EM1 Tool doda drugo polovico zgodbe: hitrejše terensko odkrivanje in servis. Namesto da tehnik začne z ročnim ugibanjem naslovov in registrov, začne z napravo. To je majhna sprememba v uporabniškem workflowu, vendar lahko na objektu pomeni veliko razliko v času in zanesljivosti.