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Implementación protocolo Modbus RTU Universidad Distrital "Francisco José de Caldas”, Facultad Tecnológica

Ingeniería en Control

Estudiantes: Amparo Mateus, Nelson Torres, Jairo Vargas Caleño y Javier Zarate, Redes Industriales, Profesor: Alberto Delgadillo

Junio de 2007, Bogotá D.C., Colombia 1. Implementación protocolo Modbus RTU En el presente informe se muestran los resultados que se obtuvieron luego de implementar el protocolo Modbus serial RTU utilizando el PLC Cubloc 220, Iconics Modbus OPC Server y Labview 8.2. El trabajo se dividió en cinco partes: 1) Implementación programa en Cubloc Studio, 2) Implementación servidor Modbus OPC Iconics, 3) Enlace Labview 8.2 y Modbus OPC Iconics, 4) Implementación VI en Labview 8.2 utilizando el DSC, y 5) Pruebas de funcionamiento. 2. Generalidades [1] Para satisfacer los requerimientos técnicos crecientemente complejos y las exigencias económicas, es cada vez más necesaria la conexión entre dispositivos y equipos (automatización, maniobra, etc.). Este intercambio de información convierte a los aparatos individuales en sistemas conjuntos con una mayor calidad en la conducción del proceso y el diagnóstico. La implementación de los microprocesadores en los equipos de campo ha posibilitado su integración a redes de comunicación con importantes ventajas, entre las cuales figuran: • Mayor precisión derivada de la integración digital de las mediciones. • Mayor y mejor disponibilidad de información de los dispositivos • Diagnóstico remoto de componentes Los buses de datos que permiten la integración de equipos digitales de campo, reciben la denominación genérica de buses de campo. Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de producción.

El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional lazo de corriente de 4-20mA. Típicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs, transductores, actuadores y sensores. Varios grupos han intentado generar e imponer una norma que permita la integración de equipos de distintos proveedores. Sin embargo hasta la fecha no existe un bus de campo universal. Modbus es un protocolo de transmisión desarrollado por la Gould Modicon para sistemas de control y supervisión de procesos (SCADA) con control centralizado. Utilizando este protocolo, una Estación Maestra (MTU) puede comunicarse con una o varias Estaciones Remotas (RTU) con la finalidad de obtener datos de campo para la supervisión y control de un proceso. En Modbus los datos pueden intercambiarse en dos modos de transmisión: • Modo RTU • Modo ASCII El Modo RTU, algunas veces denominado Modbus-B (por Modbus Binario), es el tipo más común. Características (Modo RTU): • Control por Conteo de Caracteres • Transmisión asincrónica • Carácter Básico NRZ de ocho dígitos de información (transmitidos como dos caracteres hexadecimales de cuatro dígitos), un dígito de arranque, un dígito de paridad y un dígito de parada • Un Maestro puede controlar hasta 247 Esclavos • Operación en Modo de Respuesta Normal (NRM) • Topología en Estrella

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• Interfaces de Capa Física: RS-232D, RS-422A, RS-485, o lazo de 4-20 mA • Velocidades de Transmisión: 1.2 a 19.2 Kbps • Medios de Transmisión: par trenzado, cable coaxial, radio. 3. Implementación La implementación del protocolo se realizo utilizando el software para servidores Modbus OPC de Iconics, el cual permite enlazar el PLC Cubloc 220 con el programa Labview 8.2. Este servidor OPC permite configurar una gran variedad de dispositivos genéricos y de bajo costo. El proceso se puede sintetizar como sigue: programación del PLC Cubloc 220 [2], configuración del puerto serial, dispositivo y puertos de entrada y salida [3], configuración de direcciones de trabajo en el servidor OPC Modbus de Iconics y Labview 8.2 [4], y creación del VI. A continuación se muestra todo el proceso de configuración realizado.

Figura No. 1. Configuración puerto serial

Figura No. 2. Configuración puertos del PLC Cubloc 220

Figura No. 3. Configuración entradas y direcciones binarias

Figura No. 4. Configuración entradas y direcciones enteras

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Figura No. 5. Visualización en tiempo real variables binarias

Figura No. 6. Visualización en tiempo real variables binarias

Figura No. 7. Visualización en tiempo real variables enteras

Figura No. 8. Visualización en tiempo real variables enteras

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Figura No. 9. Configuración servidor OPC y variables de trabajo en Labview 8.2

Figura No. 10. Configuración servidor OPC y variables de trabajo en

Labview 8.2

Figura No. 11. Configuración variables de trabajo

Figura No. 12. Configuración variables de trabajo

Figura No. 12. VI implementado en Labview 8.2

El VI se implementa arrastrando las variables de trabajo del explorador de proyectos al VI vació directamente. Utilizando las librerías del DSC se pueden utilizar varios elementos como los mostrados en la figura.

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Figura No. 13. VI implementado en Labview 8.2

Se utilizaron tres entradas digitales P-2, P-3 y P-4 representadas por las válvulas, tres salidas digitales P-5, P-6 y P-7 representadas por las bombas, una señal de análoga proveniente del ADC del Cubloc y representa el nivel del tanque D-1. El instrumento D-2 es la señal de control que se envía al Cubloc y que controla la salida PWM del PLC. A continuación se muestra el programa implementado para le PLC. 'Comunicacion Modbus RTU con opc iconics y la labview 8.2 Const Device = CB220 Dim data1 As Integer, data2 As Integer, data3 As Integer Dim a As Byte, b As Byte, c As Byte, d As Byte, e As Byte, f As Byte data2=0 #define channel 1 Opencom channel, 9600, 3, 50, 50 Set Modbus 1,1 Usepin 0,In 'Entrada ADC Usepin 1,In Usepin 2,In Usepin 3,In Usepin 4,Out Usepin 5,Out Usepin 6,Out Usepin 7,Out ' Salida PWM Low 7 ' PWM0 salida pwm

Do data1=Tadin(0) _D(0)=data1 data2=_D(1) Pwm 2, data2, 1024 ' Salida para PWM0 If _P(4) = 1 Then a = 1 Else a = 0 If _P(5) = 1 Then b = 1 Else b = 0 If _P(6) = 1 Then c = 1 Else c = 0 Out 4,a Out 5,b Out 6,c If In(1) = 1 Then d = 1 Else d = 0 If In(2) = 1 Then e = 1 Else e = 0 If In(3) = 1 Then f = 1 Else f = 0 _P(1)=d _P(2)=e _P(3)=f Loop 4. Conclusiones En general la implementación del protocolo fue exitosa ya que se logro enlazar los tres bloques utilizados: PLC Cubloc 220, Servidor OPC Modbus de Iconics y Labview 8.2, con lo cual se evidencia un mejor control en tiempo real de las variables de proceso, aunque la tasa la velocidad no permite trabajar a menos de 100 ms en el proceso de toma de muestras de las variables de proceso, esto debido a las características del servidor OPC utilizado. Además, se pudo observar las siguientes ventajas:

• Protocolo de comunicación altamente estandarizado.

• Conexión en serie de todos los equipos (+ / - / GND).

• Válido para conexiones físicas RS232 / RS485. • Equipos altamente económicos.

5. Bibliografía [1] http://www.electromatica.cl/36_14a_protocolos.htm [2] http://www.lextronic.fr/Comfile/cubloc/cubloc.pdf [3] Ayuda Servidor OPC Iconics [4] Ayuda Labview y DSC Versión 8.2