S7-200SMART über Netzwerkschnittstelle zur Fernüberwachung

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Einleitung: Der Siemens S7-200 SMART PLC (im Folgenden als 200-SMART bezeichnet) ist ein hervorragender programmierbarer Steuerungssystem, das in der Industriesteuerung weit verbreitet ist. Es handelt sich um einen Controller mit hoher Leistung und stabiler Funktionsweise. Der 200-SMART verfügt über eine Netzwerkschnittstelle zur Übertragung von Programmen sowie zur Kommunikation. Dieses Mal werden wir das MODBUS-TCP-Protokoll verwenden, um den 200-SMART über die Netzwerkschnittstelle mit der EMCP-Internet-of-Things-Cloudplattform (kurz EMCP) zu verbinden. Dadurch kann man über Webseiten im Computer, mobile Apps sowie WeChat die Register VW1000, VW1002 und I0.0 im 200-SMART aus der Ferne überwachen sowie die Werte von VW1004 und Q0.0 aus der Ferne lesen und schreiben. I. Vorbereitungsarbeiten. 1.1 Vor der Verbindung müssen wir die folgenden Gegenstände vorbereiten ； 1) Ein Siemens S7-200SMART PLC sowie Netzwerkkabel für die Kommunikation. 2) Ein GM20 DTU-Modul von Hebei Bluebee Technology, eine Antenne und ein Netzteil (die Verwendung erfolgt auf dieselbe Weise wie beim WM20 DTU). 3) Eine 4G-SIM-Karte mit Datenvolumen, große Karte, von jedem Anbieter. 4) Ein mit dem Internet verbundener Computer (Betriebssystem WinXP/Win7/Win8). 5) Elektrikerwerkzeuge, Kommunikationskabel usw. 1.2 Vorbereitungen für die DTU Hier sollten die Anweisungen im „GM20-DTU-Benutzerhandbuch“ befolgt werden. Wir müssen das DTU-Gateway – im Folgenden immer als GM20-DTU-Gateway bezeichnet – mit einer Antenne verbinden, eine SIM-Karte einsetzen sowie einen 12V- oder 24V-Stromadapter anschließen. 1.3 Vorbereitungen für den PLC. 200 SMART ist mit 220 V Wechselstrom verbunden. Zunächst wird über ein Netzwerkkabel die Ethernet-Schnittstelle des PLC per Computer verwendet, um die Programme zu konfigurieren. Anschließend wird über dasselbe Netzwerkkabel die LAN-Schnittstelle des GM20 mit der Ethernet-Schnittstelle des PLC verbunden, um eine MODBUS-TCP-Verbindung herzustellen. Zwei, Erstellung der MODBUS-TCP-Kommunikation des PLC. Erster Schritt: Erstellen eines MODBUS-TCP-Servers für die PLC ； Mit der Siemens-Programmiersoftware „STEP 7-MicroWIN SMART V2.2“ wird die Befehlsbibliothek MB_Server in das PLC-Programm eingefügt. Die Befehlsbibliothek MB_Server enthält zwei Befehle: MBS_Connect und MBS_Slave. Wie im folgenden Bild dargestellt: (Das untenstehende Bild zeigt die Einstellungen eines Befehlblocks, der eine ordnungsgemäße Kommunikation ermöglicht.) Die einzelnen Parameter des Befehls MBS_Connect sind wie folgt definiert: l EN – Aktivierung: Es muss sichergestellt werden, dass dieser Befehl in jedem Scannzyklus aktiviert ist. l Connect: Startet den Vorgang zum Aufbau einer TCP-Verbindung. l Disconnect: Aktion zur Trennung der TCP-Verbindung. l ConnID: TCP-Verbindungsidentifikator. Hinweis: Modbus TCP gehört zur TCP-Kommunikation und ist ebenfalls eine Art offener Benutzerkommunikation. Daher darf der ConnID-Wert nicht mit dem von anderen TCP-, ISO-on-TCP- oder UDP-Kommunikationsverfahren übereinstimmen. l IPaddr1~IPaddr4: Die IP-Adressen des Modbus TCP-Clients. IPaddr1 ist das höchstwertige Byte der IP-Adresse, IPaddr4 ist das niedrigstwertige Byte der IP-Adresse. Es wird empfohlen, es auf 0.0.0.0 einzustellen, damit jeder Client darauf zugreifen kann. l LocPort: Portnummer des lokalen Geräts (muss auf 502 gesetzt werden).
l MaxHold: Anzahl der Worthalteregister im V-Speicher, die für die Adressen 4xxxx oder 4yyyyy zugänglich sind. Dieser Wert muss so gewählt werden, dass er größer oder gleich der Länge aller zu lesenden Daten ist. Wenn beispielsweise 100 Zeichen aus dem Bereich V überwacht werden sollen, muss dieser Wert mindestens 100 betragen. l HoldStart: Indirekter Adresszeiger, der auf die Startadresse des Speicherregisters in dem V-Speicher der CPU verweist. In diesem Fall steht VW1000 für die Modbus-Adresse 40001. (D.h. VW1000 entspricht 40001, VW1002 entspricht 40002). (Anderen Registern, wie dem I-Registerbereich, kann man über den Funktionscode 02 zugreifen, dem Q-Registerbereich über Funktionscode 01, und dem AI-Register kann man direkt über Funktionscode 04 zugreifen.) l ConnectDone: Die Modbus TCP-Verbindung wurde erfolgreich hergestellt. beschäftigt: Die Verbindungsoperation ist im Gange. Fehler: Es ist ein Fehler aufgetreten beim Herstellen oder Trennen der Verbindung. l Status: Wenn der Befehl „Error“ ausgibt, zeigt der Status-Ausgang den Fehlercode an. Die Definitionen der einzelnen Parameter der Anweisung MBS_Slave sind wie folgt: l EN – Aktivierung: Es muss sichergestellt werden, dass sie in jedem Scannzyklus aktiviert ist. l Done: Wenn der MB_Server auf eine Modbus-Anfrage reagiert, wird der Done-Status im aktuellen Scannzyklus auf 1 gesetzt ； Wenn keine Anfragen verarbeitet wurden, ist der Done-Status bei 0. l Fehler: Fehlercode, der nur gültig ist, wenn der Bit „Done“ auf 1 steht. Zweiter Schritt: Zuweisung des Speicherbereichs für die Bibliothek. Rechts im Programmierprogramm klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Funktion „Programmblock“ und rufen so die Funktion „Bibliotheks-Speicherbereich“ auf. Verwenden Sie dabei die vorgeschlagenen Adressen, damit sich der Bibliotheks-Speicherbereich nicht mit dem Speicherbereich für die Daten im Programm überschneidet. Klicken Sie anschließend auf „OK“, um die Konfiguration des gesamten MODBUS-TCP- Servers abzuschließen. Wie im folgenden Bild dargestellt: Im dritten Schritt wird das modifizierte Programm auf den PLC heruntergeladen. Bitte notieren Sie dabei die IP-Adresse des PLCs. Im Beispiel dieses Artikels ist die IP-Adresse des PLC 192.168.2.2. Drei, EMCP-Plattform-Einstellungen. Melden Sie sich mit einem Administratorkonto bei der EMCP-Plattform www.lfemcp.com an (es wird empfohlen, einen Browser ab IE9 oder Google Chrome zu verwenden), um die EMCP-Cloudplattform einzurichten. Für die konkrete Vorgehensweise siehe das „EMCP IoT-Cloud-Plattform-Benutzerhandbuch“. Nach dem Anmelden bei EMCP gelangt man zunächst auf die Seite mit der Liste der Geräte. Da wir noch keine Geräte erstellt haben, ist diese Seite leer. Klicken Sie auf die Schaltfläche „Backend-Verwaltung“ in der oberen rechten Ecke (nur Konten mit Verwaltungsrechten haben diese Berechtigung), um zum Backend der EMCP-Plattform zu gelangen. 3.1 Fernkonfiguration der DTU: Öffnen Sie die Seite „Backend-Verwaltung -> Modulverwaltung“, binden Sie die DTU an dieses Administratorkonto und können anschließend die Funktion „Fernkonfiguration“ nutzen, um die verschiedenen Kommunikations- und Funktionsparameter der DTU einzustellen. Es gibt zwei Hauptbereiche, die konfiguriert werden müssen: Erstens die Parameter für die Kommunikationsverbindung mit dem PLC und zweitens die Parameter des MODBUS-Kanals, über den die DTU regelmäßig Daten vom PLC abruft. Im Folgenden wird diese Funktionalität schrittweise erläutert. Hinweis: Der Modul kann nur nach dem Online-Status aus der Ferne konfiguriert werden. 3.1.1 Modulverknüpfung: Das Standard-Passwort zur Erstverknüpfung des Moduls ist 111111. Klicken Sie einfach auf „Verknüpfen“. 3.1.2 Fernkonfiguration des Moduls: In der Funktion „Modulverwaltung“ wird die Funktion „Fernverwaltung“ des entsprechenden DTU verwendet, um die verschiedenen Kommunikationsparameter des DTU einzustellen ； Bei der Fernkonfiguration von Modulen sollte man zunächst lesen und anschließend schreiben. Erst wenn das Schreiben erfolgreich ist, kann man davon ausgehen, dass der Parameter in der DTU korrekt konfiguriert wurde. Nach dem Schreiben kann man außerdem durch ein Lesen überprüfen, ob die vorherige Aktion erfolgreich war. Schritt 1: Gehen Sie auf die Statusseite, um den Status der DTU anzusehen, wie im folgenden Bild dargestellt. Schritt 2: Führen Sie die Einstellungen für die Kommunikation durch und stellen Sie die Kommunikationsverbindung der DTU auf eine LAN-Verbindung ein. Da die IP-Adresse des PLC 192.168.2.2 ist, muss die Kommunikations-IP der DTU in derselben Subnetzgruppe liegen. In diesem Fall wird die IP-Adresse auf 192.168.2.254 gesetzt. Anschließend fügt man in der Liste der Parameter-Einstellungen des Modbus-TCP-Servers die Slave-Nummer, die IP-Adresse sowie die Kommunikationsportnummer von 200 SMART hinzu (der Standard für MODBUS-TCP ist die Portnummer 502). Der Datenkommunikationsanschluss wird auf den Typ des Anschlusses festgelegt, über den mit dem PLC kommuniziert wird – es stehen RS485, RS232 oder ein LAN-Anschluss zur Auswahl. Hier wird zum Kommunizieren über MODBUS-TCP ein LAN-Anschluss verwendet ； Localer IP-Adresse: Die IP-Adresse der DTU als Client für die MODBUS-TCP-Kommunikation muss sich im Subnetz des Kommunikationsnetzwerks befinden. Zudem darf sie nicht mit den IP-Adressen der anderen Geräte im Subnetz übereinstimmen. Wenn die DTU direkt mit dem 200 SMART verbunden ist, kann die IP-Adresse einfach auf dieselbe wie beim 200 SMART gesetzt werden. In diesem Fall wurde die IP-Adresse auf 192.168.2.254 festgelegt ； Modbus-TCPServer-Parameter: Slave-Nummer: Es handelt sich um die Slave-Nummer des PLC. Diese Nummer muss nicht mit den Nummern der anderen PLCs übereinstimmen, die an der Kommunikation teilnehmen. In diesem Fall wurde die Zahl 1 gewählt ； IP-Adresse: Die IP-Adresse des PLC als MODBUS-TCP-Server ist in diesem Fall 192.168.2.2 ； Portnummer: PLC-Kommunikationsport; der Standardport für das MODBUS-TPC-Protokoll ist 502. In diesem Fall wird ebenfalls Port 502 verwendet ； Schritt drei: Führen Sie die [Modbus-Konfiguration] durch, um die Parameter festzulegen, nach denen die DTU regelmäßig Daten vom PLC abruft und an die Plattform sendet. Wie im folgenden Bild dargestellt: Erklärung der Parameter in der Liste zur individuellen Erfassung von Echtzeitdaten: Geräte-Slave-Nummer: Die Slave-Nummer des PLC, mit dem die DTU verbunden ist – diese entspricht der Slave-Nummer des PLC in den „Kommunikationseinstellungen“. Dieser Fall ist 1 ； Funktionscode: Zeiger auf den Registerbereich des MODBUS-Geräts zum Lesen durch das Modul. “Der Funktionscode 01 entspricht „Spule“ (0XXXX), der Funktionscode 02 entspricht „Diskrete Eingänge“ (1XXXX), der Funktionscode 03 entspricht „Halteregister“ (4XXXX) und der Funktionscode 04 entspricht „Eingaberegister“ (3XXXX). In Siemens-PLCs entspricht der Q-Punkt dem Funktionscode 01, der I-Punkt dem Funktionscode 02. Der Bereich, auf den HoldSt` von MBS_Connect verweist, entspricht dem Funktionscode 03 (in dem oben genannten PLC-Programm werden die Adressen VW1000 bis VW1198 verwendet). Der AI-Bereich entspricht dem Funktionscode 04. Startadresse: Die Startadresse für das Lesen der MODBUS-Register des an den Modul angeschlossenen Geräts (ohne den Registeridentifikator). Die erste MODBUS-Befehl-Adresse 1 in der Abbildung steht für 00001, die zweite MODBUS-Befehl-Adresse 1 steht für 10001 und die dritte MODBUS-Befehl-Adresse 1 steht für 40001. Datenlänge: Es handelt sich um die kontinuierliche Länge der von dem DTU gelesenen Datensätze. In der Abbildung sind die Längen 8 und 10 angegeben – das bedeutet, dass die Daten kontinuierlich von 00001 bis 00008, von 10001 bis 10008 sowie von 40001 bis 40010 gelesen werden. Ein Standard-DTU kann mit mehreren Slaves verbunden werden (maximal 4). Mit dem Button „Neu erstellen“ kann ein MODBUS-Befehlskanal erstellt werden; die Konfiguration erfolgt gemäß den oben genannten Anweisungen. In Verbindung mit der Einrichtung des PLC-Slaves aus dem vorherigen Text wird hier in Echtzeit Q0.0 bis Q0.7, I0.0 bis I0.7 sowie VW1000 bis VW1018 überwacht. Hinweis: Wenn beim DTU Störungen auftreten, beispielsweise wenn keine Verbindung zum Netzwerk hergestellt werden kann oder eine normale Kommunikation mit dem PLC nicht möglich ist, kann man über den Konfigurationsanschluss (standardmäßig RS232) einen PC anschließen. Mit der „DTU-Konfigurationssoftware“ können dann der Status sowie Warnmeldungen bezüglich möglicher Störungen abgerufen werden. Weitere Informationen finden Sie im „Handbuch zur Verwendung der DTU-Konfigurationssoftware“. 3.2 Erstellen neuer Datenvorschriften Klicken Sie auf „Datenvorschriften“ auf der linken Seite der Webseite, um zur Einstellungsseite zu gelangen. Klicken Sie anschließend in der oberen rechten Ecke auf „Neu hinzufügen“. Im erscheinenden Fenster geben Sie dem Datenvorschrift einen Namen ein – in diesem Fall „S7-200SMART“ – und wählen Sie außerdem den Anzeigestil aus: Entweder als Liste oder in gruppiertem Format. Bei der Anzeige als Liste werden die hinzugefügten Daten in einer festgelegten Listenstruktur dargestellt. Diese Anzeigemethode ist einfach und praktisch – sie kann während der Testphase verwendet werden. Konfigurationsanzeige: Wir können den Anzeigestil der Gerätedaten nach Belieben gestalten, indem wir beispielsweise Grafiken, Bilder, Dashboards, Balkendiagramme sowie Texte hinzufügen (diese Funktion ähnelt der von herkömmlichen Konfigurationssoftwaren; siehe dazu die Dokumentation „Anleitung zur Konfiguration der EMCP-Plattform-Oberfläche“). Nachdem die Datenvorschriften erstellt wurden, klicken Sie auf „Echtzeitdaten“, um neue Regeln für die Analyse von Echtzeitdaten hinzuzufügen (die in 3.1.2 festgelegte Modbus-Konfiguration). Klicken Sie anschließend auf „Lesen/Schreiben von Daten“, um Datenvorschriften für manuelle Lese- und Schreibvorgänge der Plattform gegenüber den Geräten zu erstellen. Die Erstellung der Regeln wird wie folgt dargestellt. Hinweis: Echtzeitdaten: DTU liest die Daten der Slave-Geräte in regelmäßigen Abständen ab – basierend auf den konfigurierten Modbus-Erfassungskanälen (siehe Abschnitt 3.1) – und überträgt diese an die Plattform, wo sie angezeigt werden ； Lesen und Schreiben von Daten: Es ist nicht notwendig, im DTU Modbus-Timer für die Datenerfassung einzustellen. Man kann direkt über die Plattform manuell Daten an die untergeordneten Geräte lesen und schreiben ； Für alle Einstellungen der „Registeradressen“ auf der EMCP-Plattform ist kein Registerbereichs-Identifikator erforderlich. Wenn beispielsweise die Daten im „Haltregister“ (Funktionscode 03) gelesen oder geschrieben werden sollen, reicht es aus, in den Regeln der Plattform für die „Registeradresse“ einfach die Zahl 19 einzutragen. (Hinweis: Wenn die Modbus-Adressenzählung des Geräts bei 0 beginnt, muss man 1 hinzufügen – also 20 eingeben.) Einstellungen für Alarme: In den erstellten Echtzeitdaten klicken Sie auf die Option „Alarme“, um zur Seite mit den Alarmeinstellungen zu gelangen. Wir können die Alarmgrenzen sowie den Inhalt des Alarms für diese Daten festlegen und entscheiden, ob dieser Alarm aktiviert werden soll. Nach der Einstellung einer Alarmfunktion wird die Plattform automatisch das Zeitpunkt sowie den Wert des Alarms aufzeichnen, sobald die entsprechenden Werte die festgelegten Grenzwerte überschreiten. Gleichzeitig wird eine Benachrichtigung über den Alarm an die in der App oder bei WeChat angemeldete Benutzerkonto gesendet. 3.3 Neue Geräte: Im Backend-Management wählt man „Geräteverwaltung“ -> „Hinzufügen“, um ein neues Gerät mit dem Namen „S7-200SMART“ anzulegen. Für neue Geräte werden die grundlegenden Informationen des Geräts eingegeben: 1. Wählen Sie ein passendes Bild für das Gerät aus (es kann auch ein lokales Bild hochgeladen werden – alternativ wird das System ein Standardbild verwenden). 2. Geben Sie die SN des Moduls ein, also die Kennung, die mit dem Gerät verknüpft werden soll. Falls diese SN bisher nicht verknüpft wurde, wird ein Fenster zur Verknüpfung angezeigt. 3. Wählen Sie die zuvor erstellten Datenregeln aus. 4. Klicken Sie auf die Schaltfläche „Karte“, um den geografischen Standort des Geräts auszuwählen. Klicken Sie nach Abschluss auf 【Speichern】. Vier, Ergebnisse der Experimente. Öffnen Sie die PLC-Programmiersoftware, schalten Sie den PLC in den Online-Modus und überwachen Sie die aktuellen Daten des PLC über die Überwachungstabelle, wie im folgenden Bild dargestellt: Melden Sie sich auf der EMCP-Plattform an (www.lfemcp.com), klicken Sie auf das Bild oder den Namen der „S7-200 SMART“-Anlage, um darauf zuzugreifen. Zuerst wird die Anzeige der von dem PLC in regelmäßigen Abständen erfassten Daten (Echtzeitdaten) angezeigt. Durch Klicken auf „Daten lesen/schreiben“ können Operationen am PLC durchgeführt werden. Mit dem Klick auf „Historische Daten“ kann man die Berichte über die in regelmäßigen Abständen gespeicherten Daten einsehen. Mit dem Klick auf „Alarmprotokolle“ gelangt man zur Seite mit den Protokollen der Alarmmeldungen. Die Anzeige sieht wie folgt aus. Installieren Sie die APP „Yunlian Wutong“ auf Ihrem Handy (sie kann über den QR-Code in der oberen rechten Ecke der Login-Seite auf der Webplattform des Computers heruntergeladen werden, oder direkt aus den verschiedenen App-Stores). Melden Sie sich mit Benutzername und Passwort an. Nachdem Sie in die Liste der Geräte gelangt sind, klicken Sie auf das Gerät „S7-200 SMART“. Dadurch gelangen Sie entweder auf die Seite mit den Echtzeitdaten oder auf die Konfigurationsansicht. Klicken Sie im Menü in der oberen rechten Ecke auf die Schaltfläche mit den drei Strichen – dadurch öffnet sich das Funktionsmenü. Dort können Sie mit „Daten lesen/schreiben“ Daten einlesen und schreiben. Mit „Historische Berichte“ können Sie die historischen Datenspeicherungen des Geräts einsehen. Mit „Historische Kurven“ können Sie die historischen Trends der Daten betrachten. Mit „Alarminformationen“ können Sie die Alarmprotokolle des Geräts einsehen. Fünf, Einführung in die Hilfsfunktionen 5.1 Bildkonfigurationsfunktionen. Wählen Sie die Anzeigeform der Konfiguration zur Darstellung der entsprechenden Datenvorschriften über die Schritte „Hintergrundeinstellungen“ -> „Datenvorschriften“ -> „Einstellungen“ -> „Konfigurationsanzeige“. Nachdem die Anzeige für die Konfiguration ausgewählt wurde, werden die Optionen zur Bildkonfiguration verfügbar. Klicken Sie auf den Eintrag „Bildkonfiguration“, um zur Bearbeitungsseite zu gelangen. Über die Konfigurationsbearbeitungsseite können wir beliebig Bilder, Texte, Anzeigenfelder, Schaltflächen, Leuchten, Rohrleitungen, Geräte usw. in dem jeweiligen Raum einfügen. Weitere detaillierte Informationen finden Sie in der „Anleitung zur Konfiguration der EMCP-Plattform“ unter http://www.lanfengkeji.com/h-col-135.html. 5.2 WeChat-Funktionen. Folgen Sie der offiziellen WeChat-Seite „EMCP IoT Cloud Platform“, verknüpfen Sie Ihren Account mit der Plattform gemäß den Anweisungen – so können Sie die Geräte über WeChat überwachen und Alarmmeldungen erhalten. Um die Verwaltung der Geräte zu erleichtern, wird empfohlen, die offizielle WeChat-Plattform „EMCP IoT Cloud Platform“ an die Spitze zu setzen. 5.3 In den Datenregeln werden die Funktionen für Kommunikationsalarme sowie die Berechtigung für normale Benutzer aktiviert. Die Kommunikationswarnfunktion sorgt dafür, dass bei Störungen in der Kommunikation zwischen DTU und PLC eine Warnung in dem jeweiligen Gerät ausgelöst wird. Je nach Ursache der Störung wird die Warnmeldung entsprechend kommentiert, was die Fehlersuche erleichtert. Einstellungen und Effekte sind wie folgt: 5.4 Öffentliche Funktionen der Geräte. In der Geräteverwaltung können die Eigenschaften eines Geräts auf „öffentlich“ gesetzt werden. Dadurch entstehen eine URL-Verbindung sowie ein QR-Code, über die das Gerät ohne Anmeldung geöffnet werden kann. Zudem kann das Gerät auch in sozialen Netzwerken geteilt werden. 5.5 Hinzufügen von regulären Konten und Geräteautorisierungen. Nachdem der Administrator ein Gerät erstellt hat, kann er über die Option „Normalkonto“ ein separates Konto für den Benutzer anlegen, damit dieser auf das zugehörige Gerät zugreifen kann. Diese Funktion erstellt hauptsächlich ein spezielles Konto für den Benutzer, über das dieser die ihm zugehörigen Geräte einsehen kann. 5.6 Videoüberwachungsfunktion. Die EMCP-Plattform ermöglicht die Anbindung von Fluorit-Cloud-Kameras, wodurch Überwachungsfunktionen vor Ort über Web-, APP- oder WeChat-Endgeräte verfügbar sind. Weitere Informationen finden Sie in den „Anleitung zur Verwendung der EMCP-Internet-of-Things-Cloud-Plattform, Version V3.6“