Método de monitoramento remoto via porta de rede no S7-200SMART

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Introdução: O PLC Siemens S7-200 SMART (doravante denominado 200-SMART) é um excelente controlador programável, amplamente utilizado no campo do controle industrial. Trata-se de um controlador com alto desempenho e operação estável. O 200-SMART possui portas de rede para o envio e recebimento de programas, além de permitir comunicação. Dessa vez, vamos utilizar o protocolo MODBUS-TCP para conectar o 200-SMART à plataforma em nuvem EMCP (abreviada como EMCP). Assim, será possível realizar o monitoramento remoto dos registradores VW1000, VW1002 e I0.0, bem como a leitura e escrita remota dos registradores VW1004 e Q0.0, por meio de páginas da web no computador, aplicativos no celular e o WeChat. I. Preparativos. 1.1 Antes da conexão, precisamos preparar os seguintes itens ； 1) Um PLC Siemens S7-200SMART, além de cabo de rede para comunicação. 2) Um módulo GM20 DTU da Hebei Bluebee Technology, além de antena e adaptador de energia (o método de uso é o mesmo para o WM20 DTU). 3) Um cartão SIM 4G, com dados de internet, de grande capacidade, de qualquer operadora. 4) Um computador conectado à internet (sistemas operacionais WinXP/Win7/Win8). 5) Ferramentas elétricas, cabos de comunicação, etc. 1.2 Preparativos para o DTU: Neste caso, siga as instruções contidas no “Manual do Usuário GM20-DTU”. É necessário conectar a antena ao gateway DTU (daqui em diante, referido como gateway GM20-DTU), inserir o cartão SIM e conectar um adaptador de energia de 12V ou 24V. 1.3 Preparativos para o PLC. 200 SMART se conecta à tensão alternada de 220V. Primeiro, utiliza-se um computador para configurar o programa, por meio da conexão com a porta Ethernet do PLC, através de um cabo de rede. Em seguida, utiliza-se o mesmo cabo de rede para conectar a porta LAN do GM20 à porta Ethernet do PLC, permitindo assim a comunicação MODBUS-TCP. II. Criação da comunicação MODBUS-TCP do PLC. Primeiro passo: criar um servidor MODBUS-TCP para o PLC ； Usando o software de programação STEP 7-MicroWIN SMART V2.2 da Siemens, é possível adicionar à programação do PLC a biblioteca de instruções MB_Server. Essa biblioteca contém duas instruções: MBS_Connect e MBS_Slave. Como mostrado na figura abaixo: (A figura abaixo representa a configuração de um bloco de comandos que permite uma comunicação normal.) Os parâmetros do comando MBS_Connect são definidos da seguinte forma: l EN – Ativação: É necessário garantir que ele esteja ativo em cada ciclo de varredura. l Conectar: Inicia a operação de estabelecimento de conexão TCP. l Desconectar: Operação de interrupção da conexão TCP. l ConnID: Identificador da conexão TCP. Atenção: O Modbus TCP pertence à comunicação TCP e é também um tipo de comunicação aberta entre usuários; portanto, o parâmetro ConnID não pode ser o mesmo que em outras formas de comunicação TCP, ISO-on-TCP ou UDP. l IPaddr1~IPaddr4: Endereços IP do cliente Modbus TCP. O IPaddr1 é o byte mais significativo do endereço IP, enquanto o IPaddr4 é o byte menos significativo. Recomenda-se definir como 0.0.0.0, para que qualquer cliente possa acessar. l LocPort: Número da porta no dispositivo local (deve ser definido como 502).
l MaxHold: Número de registradores de retenção em memória V que podem ser acessados pelos endereços Modbus 4xxxx ou 4yyyyy. Este valor deve ser definido como maior ou igual ao comprimento de todos os dados que precisam ser lidos. Por exemplo, se for necessário monitorar 100 caracteres de dados na área V, este valor deve ser igual ou maior que 100. l HoldStart: Ponteiro de endereço indireto, que aponta para o endereço inicial do registro de armazenamento V na CPU. Neste exemplo, VW1000 corresponde ao endereço Modbus 40001. (Ou seja, VW1000 corresponde a 40001, e VW1002 corresponde a 40002.) (Os outros registradores, como o registro I, podem ser acessados diretamente pelo código de função 02; o registro Q pode ser acessado pelo código de função 01; já o registro AI pode ser acessado diretamente pelo código de função 04.) l ConnectDone: A conexão Modbus TCP foi estabelecida com sucesso. Ocupado: A operação de conexão está em andamento. Erro: Ocorreu um erro ao estabelecer ou interromper a conexão. l Status: Se a instrução definir “Error” como saída, o campo Status exibirá o código de erro. As definições dos parâmetros da instrução MBS_Slave são as seguintes: l EN – Ativação: é necessário garantir que ela esteja ativa em cada ciclo de varredura. l Done: Quando a instrução MB_Server responde a um pedido Modbus, o bit de conclusão Done é definido como 1 no ciclo de varredura atual ； Se nenhuma solicitação for processada, o bit de conclusão Done será 0. l Erro: Código de erro, válido somente quando o bit Done está em 1. Na segunda etapa, é necessário atribuir a área de endereços da biblioteca. No lado direito do software de programação, clique com o botão direito do mouse na função “Blocos de Programa”. Em seguida, selecione a função “Área de Armazenamento da Biblioteca”. Use os “endereços sugeridos” para garantir que não haja sobreposição entre a área de armazenamento da biblioteca e a área onde os dados do programa são armazenados. Clique em “Confirmar” para concluir a configuração do servidor MODBUS-TCP. Como mostrado na figura abaixo: na terceira etapa, baixe o programa modificado para o PLC. Ao fazer o download, anote o endereço IP do PLC. No exemplo deste artigo, o endereço IP do PLC é 192.168.2.2. III. Configurações da plataforma EMCP. Faça login na plataforma EMCP em www.lfemcp.com usando uma conta de administrador (recomenda-se o uso de um navegador como IE9 ou superior, ou o Google Chrome) para configurar a plataforma EMCP em nuvem. Para as instruções detalhadas, consulte o “Manual do Usuário da Plataforma em Nuvem IoT EMCP”. Após fazer login no EMCP, entra-se primeiro na página de exibição da lista de dispositivos. Como não criamos nenhum dispositivo, a página está vazia. Clique no botão “Gerenciamento de Backoffice” no canto superior direito (somente contas de administrador têm essa permissão) para acessar o backoffice da plataforma EMCP. 3.1 Configuração remota do DTU: Abra a página “Gerenciamento em segundo plano > Gerenciamento de módulos”. Vincule o DTU a esta conta de administrador. Depois disso, será possível usar a função de “Configuração remota” para definir os vários parâmetros de comunicação e funcionais do DTU. Os dois principais pontos que precisam ser configurados são: primeiro, os parâmetros da porta de comunicação com o PLC; segundo, os parâmetros do canal MODBUS para a coleta periódica de dados do PLC pelo DTU. A seguir, essa funcionalidade será explicada passo a passo. Obs.: O módulo só pode ser configurado remotamente após estar online. 3.1.1 Vinculação do módulo: A senha inicial de vinculação do módulo é 111111; basta clicar em “Vincular” para proceder. 3.1.2 Configuração remota do módulo: Utilize a função de “Gerenciamento Remoto” correspondente ao DTU, disponível em [Gerenciamento de Módulos], para definir os vários parâmetros de comunicação do DTU ； Para a configuração remota de módulos, é melhor primeiro [ler] e depois [escrever]. Somente após uma escrita bem-sucedida é que se pode considerar que o parâmetro foi configurado com sucesso no DTU. Após a escrita, também é possível verificar se a operação anterior teve sucesso por meio de uma leitura. Primeiro passo: acesse a página de informações de status para verificar o status do DTU, como mostrado na figura abaixo. Segundo passo: realize as configurações de comunicação, definindo a porta de comunicação do DTU como uma porta LAN. Como o endereço IP do PLC é 192.168.2.2, é necessário definir o endereço IP de comunicação do DTU como um endereço da mesma subrede; nesse caso, o valor a ser usado é 192.168.2.254. Em seguida, na lista de configurações do Servidor Modbus-TCP, adicione o número do escravo 200 SMART, o endereço IP e a porta de comunicação (a porta padrão para MODBUS-TCP é a 502). Para a porta de comunicação de dados: defina-a como do tipo utilizado para comunicação com o PLC; as opções são RS485, RS232 ou porta LAN. Neste caso, utiliza-se a porta LAN para a comunicação MODBUS-TCP ； IP do dispositivo local: O endereço IP do DTU, como cliente de comunicação MODBUS-TCP, deve estar dentro do intervalo de subrede da rede local de comunicação. Além disso, esse IP não pode ser igual ao dos outros dispositivos na mesma subrede. Se o dispositivo for conectado diretamente ao 200 SMART, basta definir seu IP no mesmo intervalo de subrede do 200 SMART. Neste caso, o valor definido é 192.168.2.254 ； Parâmetros do Modbus-TCPServer: Número do escravo: É o número do escravo do PLC. Este número não precisa ser repetido por outros PLCs que participam da comunicação. Neste caso, foi definido como 1 ； Endereço IP: O endereço IP do PLC como servidor MODBUS-TCP é, neste caso, 192.168.2.2 ； Porta de comunicação: porta de comunicação do PLC; o padrão do protocolo MODBUS-TPC é a porta 502, e neste caso também é utilizada a porta 502 ； Na terceira etapa, realiza-se a [Configuração Modbus], configurando os parâmetros para que o DTU leia periodicamente os dados do PLC e os envie para a plataforma. Como mostrado na figura abaixo: Explicação dos parâmetros na lista de coleta personalizada de dados em tempo real: Número da estação do dispositivo: É o número da estação do PLC conectado ao DTU, sendo o mesmo que o número da estação do PLC nas configurações de comunicação. Este caso é 1 ； Código de função: É o identificador usado pelo módulo para ler as regiões de registro MODBUS do dispositivo. “O código de função 01 corresponde a “bobina” (0XXXX), o código de função 02 corresponde a “entrada discreta” (1XXXX), o código de função 03 corresponde a “registro de retenção” (4XXXX) e o código de função 04 corresponde a “registro de entrada” (3XXXX). No PLC da Siemens, o ponto Q corresponde ao código de função 01, o ponto I corresponde ao código de função 02. A área apontada por HoldSt` em MBS_Connect corresponde ao código de função 03 (no programa PLC mencionado anteriormente, as áreas referem-se a VW1000 até VW1198). A área AI corresponde ao código de função 04. Endereço de início: endereço de início para a leitura dos registradores MODBUS do dispositivo ao qual o módulo está conectado (não inclui o identificador da área de registros). No gráfico, o primeiro endereço da instrução MODBUS 1 representa 00001, o segundo endereço da instrução MODBUS 1 representa 10001, e o terceiro endereço da instrução MODBUS 1 representa 40001. Comprimento dos dados: É o comprimento contínuo dos dados lidos pelo dispositivo DTU. Nos gráficos, os valores de comprimento são 8 e 10, o que significa que os dados são lidos de forma contínua de 00001 a 00008, de 10001 a 10008, e de 40001 a 40010. O DTU padrão pode se conectar a vários slaves (até 4). É possível clicar em “Criar novo” para criar um canal de comando MODBUS, seguindo as instruções acima. Com base na configuração das estações slave do PLC mencionada anteriormente, o que é monitorado em tempo real aqui são os canais Q0.0 a Q0.7, I0.0 a I0.7 e VW1000 a VW1018 do PLC. Nota: Quando o DTU apresenta anomalias, como impossibilidade de se conectar à rede ou de se comunicar normalmente com o PLC, pode-se usar a porta de configuração (RS232 por padrão) para conectar o PC. Nesse caso, utiliza-se o “Software de Configuração do DTU” para verificar o status e as alertas de anomalias. Para mais detalhes, consulte o “Manual de Uso do Software de Configuração do DTU”. 3.2 Criar novas regras de dados: Clique em “Regras de Dados”, localizado no lado esquerdo da página, para acessar a página de configuração das regras. Em seguida, clique em “Adicionar” no canto superior direito. Na janela que se abre, defina o nome da regra de dados como “S7-200SMART” e escolha o estilo de exibição como “Lista”. Podemos optar pela exibição em lista ou por uma exibição organizada em grupos. Na exibição em lista, os dados adicionados serão apresentados em uma lista fixa; esse formato é simples e prático (pode ser utilizado durante a fase de teste dos dados). Exibição de configuração: Podemos definir livremente o estilo de exibição dos dados dos dispositivos, adicionando elementos como gráficos, imagens, painéis de controle, barras de preenchimento e texto (essa funcionalidade é semelhante à dos softwares de configuração tradicionais; consulte o documento “Instruções de uso da configuração de telas na plataforma EMCP”). Após criar as regras de dados, clique em [Dados em tempo real] para adicionar novas regras de análise de dados em tempo real (a configuração Modbus definida em 3.1.2). Clique em [Leitura e escrita de dados] para criar regras de dados que permitam à plataforma realizar operações de leitura e escrita manuais nos dispositivos. A criação de regras é exibida da seguinte forma. Nota: Dados em tempo real: são os dados coletados pela DTU, de acordo com os canais Modbus configurados (ver descrição em 3.1 acima). A DTU lê periodicamente esses dados e os envia para a plataforma, onde são exibidos ； Leitura e escrita de dados: não é necessário configurar canais de coleta em tempo real Modbus na DTU; é possível realizar operações manuais de leitura e escrita de dados nos dispositivos conectados diretamente por meio da plataforma ； Em toda a plataforma EMCP, as configurações dos “endereços de registro” não exigem o uso de um identificador para a área do registro. Por exemplo, para ler ou escrever os dados do “registro de retenção” (código de função 03), basta inserir 19 como “endereço de registro” nas regras de dados da plataforma. (Nota: Se o número de endereços Modbus do dispositivo começar em 0, é necessário adicionar 1, ou seja, inserir 20.) Configurações de alarme: nos dados em tempo real já criados, clique na opção [Alarme] para acessar a página de configurações de alarme. Podemos definir os limites superior e inferior de alarme para esses dados, o conteúdo do alarme e se ele deve ser ativado ou não. Após a configuração do alarme, quando os dados excederem os limites estabelecidos, a plataforma registrará automaticamente a hora e o valor do alarme. Ao mesmo tempo, a plataforma enviará uma notificação de alarme para o aplicativo ou WeChat no qual o usuário está logado. 3.3 Dispositivos novos: Na área de gerenciamento em segundo plano, selecione “Gerenciamento de Dispositivos” -> “Adicionar”, para criar um novo dispositivo chamado “S7-200SMART”. Para dispositivos recém-adquiridos, é necessário preencher as informações básicas do dispositivo: 1) Escolher a imagem correspondente ao dispositivo (pode ser carregada localmente ou não; caso não seja escolhida, o sistema usará uma imagem padrão); 2) Digitar o SN do módulo, ou seja, o código associado a ele. Se esse SN ainda não tiver sido associado a nenhum dispositivo, será exibida uma janela para realizar essa associação; 3) Escolher as regras de dados criadas anteriormente; 4) Clicar no botão “Mapa” para selecionar a localização geográfica do dispositivo. Após concluir, clique em 【Salvar】. Quatro, efeitos do experimento. Abra o software de programação do PLC, coloque o PLC em modo online e monitore os dados atuais do PLC na tabela de monitoramento, conforme mostrado na figura abaixo: O usuário faz login na plataforma EMCP (www.lfemcp.com), clica na imagem ou no nome do dispositivo “S7-200 SMART” para acessar o dispositivo. O primeiro elemento que se vê é a exibição dos dados coletados periodicamente pelo PLC (dados em tempo real). É possível realizar operações de leitura e escrita no PLC clicando em “Ler/Escrever Dados”. Clicando em “Dados Históricos”, é possível visualizar os relatórios com os dados armazenados periodicamente pelo dispositivo. Clicando em “Registros de Alarmes”, é possível acessar a página com os registros das informações de alarme, conforme mostrado abaixo. Instale o aplicativo “CloudLink IoT” no seu celular (é possível baixá-lo escaneando o código QR localizado no canto superior direito da página de login no computador, ou diretamente nas principais lojas de aplicativos). Faça login com seu nome de usuário e senha. Depois de entrar na lista de dispositivos, clique no dispositivo “S7-200 SMART”. Você será levado à página com os dados em tempo real ou à tela de configuração (no modo de visualização de configurações). Clique no menu localizado no canto superior direito, selecione a opção “Botão de três barras”. Um menu de funções será exibido; nele, clique em “Ler/Escrever Dados” para realizar operações de leitura e escrita de dados. Clique em “Relatórios Históricos” para ver os relatórios dos dados armazenados pelo dispositivo. Clique em “Gráficos Históricos” para visualizar as tendências históricas dos dados. Clique em “Informações de Alarmes” para ver os registros de alarmes do dispositivo. V. Introdução às funções auxiliares 5.1 Função de configuração da tela. Siga os passos [Configurações do backend] -> [Regras de dados] -> [Configurações] -> [Exibição da configuração] para escolher o formato de exibição por configuração para mostrar as regras de dados correspondentes. Após selecionar para exibição na configuração, as opções de configuração da tela da regra tornam-se disponíveis. Clique no item “Configuração da Tela” para entrar na página de edição. Através da página de edição de configuração, podemos desenhar à vontade imagens, texto, caixas de exibição numérica, botões, luzes indicadoras, tubulações, equipamentos, entre outros elementos no espaço. Para saber mais sobre as funcionalidades detalhadas, consulte o “Manual de Uso da Configuração das Telas da Plataforma EMCP”: http://www.lanfengkeji.com/h-col-135.html. 5.2 Funcionalidades do WeChat. Siga a conta pública “EMCP IoT Cloud Platform” no WeChat, vincule sua conta à plataforma seguindo as instruções, e assim poderá usar o WeChat para monitorar os dispositivos e receber notificações de alarme. Para facilitar o gerenciamento dos equipamentos, recomenda-se “fixar” a conta pública da plataforma em nuvem EMCP IoT no topo da lista. 5.3 Nas regras de dados, ative o recurso de alerta por comunicação e autorize o uso para usuários comuns. A função de alarme de comunicação consiste em gerar um alerta nos dispositivos correspondentes quando há problemas na comunicação entre o DTU e o PLC. De acordo com a causa do problema de comunicação, são feitas anotações no conteúdo do alerta, o que facilita a solução dos problemas. As configurações e efeitos são os seguintes: 5.4 Função de publicação do dispositivo. Na gestão de dispositivos, é possível definir as propriedades do dispositivo como públicas. Ao fazê-lo, são gerados um link URL e um código QR relacionados ao dispositivo. Por meio desses elementos, é possível acessar o dispositivo sem precisar fazer login. Além disso, o dispositivo também pode ser compartilhado nas redes sociais. 5.5 Adição de autorização para contas e dispositivos comuns. Após o administrador criar os dispositivos, ele pode criar uma conta separada para o usuário por meio da opção “Conta comum”, para que este possa acessar os dispositivos a que pertence. Esse recurso tem como principal função criar uma conta exclusiva para o usuário, permitindo que ele visualize os dispositivos aos quais pertence. 5.6 Função de vigilância por vídeo. A plataforma EMCP permite a conexão de câmeras CloudFlare, possibilitando assim o monitoramento de vídeo em tempo real por meio de web, APPs, WeChat e outros dispositivos. Para mais detalhes, consulte o “Instruções de Uso do Vídeo da Plataforma em Nuvem IoT EMCP V3.6”