Modbus Gateway EKI-1224 là cổng Modbus bốn cổng nối tiếp của Advantech, dùng để đưa các tuyến RS-485 đang chạy trong nhà máy lên mạng Ethernet. Bài viết bàn đúng một việc: kế hoạch chuyển một tuyến nối tiếp đang chạy lên mạng mà không sửa chương trình PLC và không dừng sản xuất.
Phần cổng Modbus là gì, các mã trong dòng và các giới hạn thiết kế nằm ở bài trụ cổng Modbus Advantech gom thiết bị nối tiếp lên mạng, không nhắc lại ở đây. Bối cảnh chung thì quen thuộc: nhà máy có hàng chục thiết bị nói Modbus trên tuyến RS-485, gồm đồng hồ điện, bộ biến tần, bộ điều khiển nhiệt, cân điện tử và mô-đun đầu vào ra. Chúng chạy tốt nhiều năm, nhưng chỉ một máy tính cắm cổng COM đọc được, và máy đó phải đặt gần tuyến dây.
Vì sao nhà máy phải đưa tuyến nối tiếp lên mạng
Lý do gần như luôn đến từ phía trên, không phải từ phía thiết bị hiện trường. Thiết bị vẫn chạy tốt, nhưng nhu cầu đọc dữ liệu thay đổi:
- Có thêm phần mềm cần đọc cùng một tuyến. Ban đầu chỉ phần mềm giám sát đọc. Sau đó phần mềm báo cáo sản lượng, phần mềm theo dõi điện năng và công cụ chẩn đoán của người bảo trì cũng cần số liệu. Một cổng COM chỉ mở được cho một chương trình tại một thời điểm.
- Máy giám sát phải dời khỏi khu vực sản xuất. Máy chuyển vào phòng máy hoặc chuyển thành máy ảo trên máy chủ, trong khi tuyến RS-485 không kéo dài thêm được.
- Nhà máy đã có sẵn hạ tầng mạng. Cáp mạng và switch công nghiệp đã chạy tới từng tủ, việc dùng lại hạ tầng đó rẻ hơn nhiều so với kéo thêm tuyến nối tiếp.
- Cần gom số liệu về một chỗ. Bốn tuyến ở bốn khu vực phải hiện trên cùng một màn hình, cùng một cơ sở dữ liệu.
Điểm chung của bốn lý do trên là phần thay đổi nằm ở phía máy tính. Thiết bị hiện trường và chương trình PLC giữ nguyên, vì cổng Modbus dịch giao thức thay cho chúng.
Modbus Gateway EKI-1224 gom bốn tuyến vào một thiết bị
Trong dòng cổng Modbus của Advantech, bản bốn cổng nối tiếp là bản hợp với việc gom nhiều tuyến cũ nằm gần nhau. Bảng dưới ghi các thông số công bố của mã này.
| Hạng mục | Thông số công bố |
|---|---|
| Số cổng nối tiếp | 4 cổng, chọn RS-232, RS-422 hoặc RS-485 bằng phần mềm |
| Số cổng mạng | 2 cổng 10/100 Mbps, dùng cho đường mạng dự phòng |
| Chế độ làm việc | Modbus RTU chủ, Modbus RTU tớ, Modbus ASCII chủ và Modbus ASCII tớ |
| Tốc độ tuyến nối tiếp | 50 bps đến 921,6 kbps |
| Nguồn cấp | 12 đến 48 V một chiều, hai đường vào dự phòng |
| Cách gá lắp | Gá thanh DIN hoặc bắt tường |
| Đặt cấu hình | Tiện ích trên Windows hoặc bảng điều khiển qua trình duyệt |
| Số trạm và số kết nối cho mỗi cổng | Theo tài liệu hãng, cùng bộ giới hạn với bản một cổng |
Bốn cổng nối tiếp là bốn tuyến độc lập. Mỗi cổng đặt tốc độ riêng, khung truyền riêng và danh sách trạm riêng, nên bốn tuyến cũ có cấu hình khác nhau vẫn gom được vào một thiết bị. Đây là điểm khác với việc đấu nối tất cả thiết bị vào chung một tuyến RS-485, cách làm khiến tuyến chậm đi và khiến một sự cố lan ra cả bốn khu vực.
Bản một cổng dùng cho tủ chỉ có một tuyến, xem trang sản phẩm Modbus Gateway EKI-1221. Bản có sẵn chức năng switch để nối chuỗi các tủ và các cách đấu mạng tương ứng nằm ở bài cổng Modbus EKI-1221D nối chuỗi cho tủ ngoài hiện trường.
Năm giai đoạn chuyển một tuyến đang chạy
Tuyến đang chạy nghĩa là sản xuất đang phụ thuộc vào nó. Vì vậy kế hoạch phải giữ đường lui ở mọi giai đoạn, và chỉ cắt cách đọc cũ khi cách đọc mới đã chạy đủ lâu.
| Giai đoạn | Việc làm | Kiểm trước khi sang giai đoạn sau |
|---|---|---|
| 1. Khảo sát tuyến hiện có | Lập danh sách thiết bị trên tuyến, ghi địa chỉ trạm, tốc độ, khung truyền, thanh ghi đang đọc và chu kỳ đọc của phần mềm | Danh sách khớp với số thiết bị đếm được tại tủ, không còn trạm nào chỉ có trong trí nhớ người vận hành |
| 2. Lắp cổng Modbus song song | Gá thiết bị trong tủ, cấp nguồn, đấu tuyến nối tiếp vào cổng, đặt tốc độ và khung truyền đúng như tuyến cũ | Thiết bị nhận nguồn cả hai đường vào, đèn tín hiệu tuyến nối tiếp nhấp nháy theo nhịp hỏi đáp |
| 3. Dò và ánh xạ địa chỉ trạm | Dùng tiện ích dò danh sách trạm phụ trên từng cổng, lập bảng ánh xạ giữa số hiệu trạm phía mạng và cặp cổng cùng địa chỉ trạm phía nối tiếp | Số trạm dò được bằng số trạm trong danh sách khảo sát, bảng ánh xạ đã in và dán trong tủ |
| 4. Chạy song song hai đường đọc | Cho phần mềm giám sát đọc qua Modbus TCP trong khi cách đọc cũ vẫn giữ, so số liệu hai đường trong ít nhất một tuần | Hai đường đọc cho cùng giá trị tại cùng thời điểm, chu kỳ quét đo được nằm trong mức chấp nhận |
| 5. Cắt cách đọc cũ và bàn giao | Gỡ máy tính cắm cổng COM, cập nhật sơ đồ mạng và hồ sơ tủ, bàn giao bảng ánh xạ cho bộ phận bảo trì | Có biên bản ghi cấu hình từng cổng, có phương án khôi phục khi thiết bị hỏng |
Giai đoạn bốn là giai đoạn hay bị cắt ngắn nhất vì sốt ruột, và cũng là giai đoạn phát hiện phần lớn lỗi ánh xạ địa chỉ. Hai đường đọc cho hai giá trị khác nhau tại cùng thời điểm gần như luôn có nguyên nhân ở bảng ánh xạ, không phải ở thiết bị hiện trường.
Ánh xạ địa chỉ trạm khi gom nhiều tuyến
Đây là chỗ khác biệt lớn nhất giữa việc dùng một cổng và việc gom bốn tuyến vào một thiết bị. Trên tuyến nối tiếp, mỗi trạm có một địa chỉ trong khoảng cho phép, và hai tuyến khác nhau hoàn toàn có thể cùng có trạm số 1. Khi bốn tuyến gộp về một địa chỉ mạng, phần mềm giám sát phải phân biệt được bốn trạm số 1 đó.
Cách xử lý là gán cho mỗi cổng nối tiếp một dải số hiệu trạm riêng phía Modbus TCP. Phần mềm gửi yêu cầu tới địa chỉ mạng của thiết bị kèm số hiệu trạm, thiết bị tra bảng để biết yêu cầu đó thuộc cổng nào và ứng với địa chỉ trạm nào trên tuyến. Nhờ vậy không phải đổi địa chỉ của bất kỳ thiết bị nào dưới hiện trường, việc mà nhiều thiết bị cũ không cho làm nếu không có phần mềm chuyên dụng của hãng.
Ba nguyên tắc khi lập bảng ánh xạ:
- Chia dải theo cổng, không chia lắt nhắt. Ví dụ cổng một dùng dải bắt đầu từ 1, cổng hai từ 21, cổng ba từ 41, cổng bốn từ 61. Nhìn số hiệu trạm là biết ngay thuộc cổng nào.
- Chừa chỗ trống trong mỗi dải. Tuyến nào cũng có ngày thêm thiết bị. Chừa sẵn vài số trong dải thì không phải đánh số lại cả hệ thống.
- In bảng và dán trong tủ. Bảng ánh xạ chỉ nằm trong tệp cấu hình là chưa đủ. Người sửa máy lúc nửa đêm cần thấy nó ngay trên cánh tủ.
Triệu chứng thường gặp khi tuyến chưa chạy đúng
| Triệu chứng | Nguyên nhân thường gặp | Cách kiểm |
|---|---|---|
| Không trạm nào trả lời trên một cổng | Sai tốc độ, sai khung truyền, hoặc đấu ngược hai dây tín hiệu | So tốc độ và khung truyền với tài liệu thiết bị hiện trường, thử đảo hai dây tín hiệu |
| Một số trạm trả lời, một số không | Sai địa chỉ trạm trong bảng ánh xạ, hoặc trạm đó mất nguồn | Dò lại danh sách trạm bằng tiện ích, đối chiếu với danh sách khảo sát |
| Giá trị đọc về sai lệch hoặc nhảy loạn | Đọc nhầm vùng thanh ghi, hoặc sai cách hiểu số liệu nhiều thanh ghi | Đọc thử một thanh ghi đã biết giá trị, ví dụ điện áp danh định, rồi đối chiếu |
| Trả lời chập chờn, thỉnh thoảng quá hạn chờ | Thiếu điện trở kết cuối, tuyến quá dài, hoặc quá nhiều trạm trên một đoạn | Kiểm điện trở kết cuối ở hai đầu tuyến, đo chiều dài thật, đếm lại số trạm |
| Chu kỳ quét dài hơn hẳn trước khi chuyển | Nhiều phần mềm cùng đọc một tuyến, các yêu cầu xếp hàng | Đếm số kết nối đang mở, giãn chu kỳ đọc của phần mềm báo cáo |
| Mất kết nối khi một switch khởi động lại | Chỉ dùng một đường mạng dù thiết bị có hai cổng | Đấu cổng mạng thứ hai sang switch khác, kiểm bằng cách rút thử một đầu cáp |
Ba dòng đầu thuộc về cấu hình và xử lý được ngay tại tủ. Ba dòng sau thuộc về thiết kế tuyến và thiết kế mạng, cần tính lại chứ không chỉnh thông số là xong.
Chọn thiết bị cho kế hoạch nâng cấp
Ba câu hỏi quyết định mã thiết bị cần đặt. Tủ có mấy tuyến nối tiếp riêng biệt, các tuyến đó có nằm gần nhau không, và phần mềm phía trên nói Modbus TCP hay chỉ mở được cổng COM. Câu hỏi thứ ba tách hai nhóm thiết bị khác nhau: phần mềm nói Modbus TCP thì dùng cổng Modbus, còn phần mềm chỉ mở được cổng COM thì dùng bộ chuyển đổi cổng nối tiếp sang Ethernet, ví dụ Serial Device Server EKI-1524.
Phần hạ tầng mạng đi kèm nằm ở bài switch công nghiệp Advantech và trong chuyên mục switch công nghiệp. Nếu tuyến cũ dùng mô-đun thu thập dữ liệu thì dòng thiết bị tương ứng nằm ở bài mô-đun ADAM-4000.
Máy tính chạy phần mềm giám sát sau khi chuyển lên mạng nằm trong chuyên mục máy tính công nghiệp Advantech trên IPC247. Nếu chưa chốt được cấu hình máy giám sát cho phòng điều khiển, chạy công cụ chọn máy theo điều kiện lắp đặt rồi gửi kèm danh sách tuyến khi hỏi hàng.
Câu hỏi thường gặp về Modbus Gateway EKI-1224
Chuyển tuyến Modbus lên Ethernet có phải sửa chương trình PLC không?
Không, nếu PLC và thiết bị hiện trường vẫn nói Modbus RTU trên tuyến nối tiếp. Cổng Modbus đứng giữa, nhận yêu cầu Modbus TCP từ mạng rồi dịch sang Modbus RTU trên tuyến cũ. Phần phải sửa nằm ở phía phần mềm giám sát: đổi từ mở cổng COM sang mở kết nối Modbus TCP theo địa chỉ mạng và số hiệu trạm.
Một thiết bị bốn cổng nối tiếp có thay được bốn thiết bị một cổng không?
Thay được khi bốn tuyến nằm cùng một tủ hoặc gần nhau, vì mỗi cổng vẫn là một tuyến riêng biệt, độc lập về tốc độ và về địa chỉ trạm. Không thay được khi bốn tuyến nằm ở bốn khu vực cách xa nhau, vì khi đó phải kéo thêm rất nhiều cáp nối tiếp về một chỗ.
Hai trạm ở hai tuyến trùng địa chỉ thì xử lý thế nào?
Không cần đổi địa chỉ trạm dưới hiện trường. Mỗi cổng nối tiếp của thiết bị được gán một dải số hiệu trạm riêng phía Modbus TCP, nên phần mềm giám sát phân biệt được hai trạm trùng số ở hai cổng khác nhau. Bảng ánh xạ này phải ghi vào hồ sơ và dán trong tủ.
Vì sao chu kỳ quét chậm hơn sau khi chuyển lên mạng?
Vì tuyến nối tiếp vẫn chạy đúng tốc độ cũ, phần mạng chỉ nhanh ở đoạn từ máy giám sát tới cổng Modbus. Nếu nhiều phần mềm cùng đọc một tuyến, các yêu cầu xếp hàng và chu kỳ dài thêm. Cách xử lý là giảm số điểm đọc, giãn chu kỳ đọc của phần mềm báo cáo và tách bớt trạm sang cổng nối tiếp khác.
Nên chuyển cả nhà máy trong một lần hay chuyển từng đoạn?
Chuyển từng đoạn. Mỗi đợt lấy một tuyến, chạy song song với cách đọc cũ trong ít nhất một tuần rồi mới cắt hẳn. Cách này giữ được đường lui khi có sự cố và cho phép so số liệu giữa hai đường đọc để phát hiện lỗi ánh xạ địa chỉ.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
