Método de monitoreo remoto a través de la interfaz de red en el S7-200SMART

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Prólogo: El PLC Siemens S7-200 SMART (en lo sucesivo, 200-SMART) es un controlador programable de excelente calidad, ampliamente utilizado en el ámbito del control industrial. Se trata de un controlador con altas prestaciones y funcionamiento estable. El 200-SMART cuenta con una interfaz de red que permite la carga y descarga de programas, así como la comunicación. En esta ocasión, utilizaremos el protocolo MODBUS-TCP para conectar el 200-SMART a la plataforma en la nube EMCP (abreviada como EMCP). De este modo, será posible realizar un monitoreo remoto de los registros VW1000, VW1002 e I0.0 desde páginas web, aplicaciones móviles o WeChat. También se podrá leer y escribir de forma remota en los registros VW1004 y Q0.0. I. Preparativos. 1.1 Antes de la conexión, debemos preparar los siguientes artículos ； 1) Un PLC Siemens S7-200SMART, y cable de red para comunicaciones. 2) Un módulo GM20 DTU de Hebei Bluebee Technology, además de una antena y un adaptador de corriente (el procedimiento de uso es el mismo que para el WM20 DTU). 3) Una tarjeta SIM 4G con datos, de gran capacidad, de cualquier operador. 4) Una computadora conectada a Internet (sistema operativo WinXP/Win7/Win8). 5) Herramientas eléctricas, cables de comunicación, etc. 1.2 Preparación del DTU: Para ello, se debe seguir las instrucciones del “Manual de uso del usuario GM20-DTU”. Es necesario conectar la antena al gateway DTU (en lo sucesivo, se referirá como gateway GM20-DTU), insertar la tarjeta SIM y conectar un adaptador de corriente de 12V o 24V. 1.3 Preparativos para el PLC. 200 SMART se conecta a una corriente alterna de 220 V. Primero, se utiliza una computadora para configurar los programas a través de la interfaz de comunicación Ethernet del PLC, mediante un cable de red. Luego, se conecta el puerto LAN del GM20 con la interfaz Ethernet del PLC, para poder establecer una comunicación MODBUS-TCP. Segundo, creación de la comunicación MODBUS-TCP del PLC. Primero, crear el servidor MODBUS-TCP del PLC ； Utilizando el software de programación STEP 7-MicroWIN SMART V2.2 de Siemens, se añade a los programas del PLC la biblioteca de instrucciones MB_Server. Esta biblioteca contiene dos instrucciones: MBS_Connect y MBS_Slave. Como se muestra en la imagen a continuación: (La imagen inferior representa la configuración de un bloque de instrucciones que permite una comunicación normal). Los parámetros de la instrucción MBS_Connect se definen de la siguiente manera: l EN: Habilitación: Es necesario asegurarse de que esté habilitado en cada ciclo de escaneo. l Conectar: Inicia el proceso de establecimiento de una conexión TCP. l Desconectar: Operación para interrumpir la conexión TCP. l ConnID: Identificador de la conexión TCP. Nota: Modbus TCP pertenece a la comunicación TCP y también es un tipo de comunicación abierta para usuarios; por lo tanto, el parámetro ConnID no puede ser el mismo que en las comunicaciones TCP, ISO-on-TCP o UDP. IPaddr1~IPaddr4: Direcciones IP del cliente Modbus TCP. IPaddr1 es el byte más significativo de la dirección IP, mientras que IPaddr4 es el byte menos significativo. Se recomienda establecerlo en 0.0.0.0, de modo que cualquier cliente pueda acceder. l LocPort: Número de puerto en el dispositivo local (debe establecerse en 502).
l MaxHold: Número de registros de retención en la memoria V a los que pueden acceder las direcciones Modbus 4xxxx o 4yyyyy. Este valor debe ser igual o mayor que la longitud de todos los datos que se necesitan leer. Por ejemplo, si es necesario monitorear 100 caracteres de datos en la zona V, este valor debe ser igual o mayor que 100. l HoldStart: Puntero de dirección indirecta, que apunta a la dirección de inicio del registro de retención en la memoria V de la CPU. En este caso, VW1000 corresponde a la dirección Modbus 40001. Es decir, VW1000 corresponde a 40001, y VW1002 corresponde a 40002. (Otros registros, como el registro I, pueden accederse directamente mediante el código de función 02; el registro Q se puede acceder con el código de función 01, mientras que el registro AI puede accederse con el código de función 04). l ConnectDone: La conexión Modbus TCP se ha establecido con éxito. Ocupado: La operación de conexión está en curso. Error: Se produjo un error al establecer o desconectar la conexión. l Estado: Si la instrucción establece “Error” como salida, el campo Estado mostrará el código de error. Las definiciones de los parámetros de la instrucción MBS_Slave son las siguientes: l EN: Habilitación: Es necesario asegurarse de que esté habilitado en cada ciclo de escaneo. l Done: Cuando la instrucción MB_Server responde a una solicitud Modbus, el bit de finalización Done se establece en 1 en el ciclo de escaneo actual ； Si no se procesa ninguna solicitud, el bit de finalización Done es 0. l Error: Código de error; el código de error solo es válido cuando el bit Done está en 1. En el segundo paso, se asigna la zona de direcciones de la biblioteca. En el lado derecho del software de programación, haga clic con el botón derecho del ratón en la función “Bloques de programa”. A continuación, seleccione la función “Zona de almacenamiento de la biblioteca”. Utilice las “direcciones sugeridas” para asegurarse de que no haya solapamientos entre la zona de almacenamiento de la biblioteca y la zona donde se almacenan los datos en el programa. Haga clic en “Aceptar” para completar la configuración del servidor MODBUS-TCP. Como se muestra en la imagen a continuación: En el tercer paso, descargue el programa modificado en el PLC. Al hacerlo, por favor anote la dirección IP del PLC. En el caso presentado en este artículo, la dirección IP del PLC es 192.168.2.2. Tres, configuración de la plataforma EMCP. Inicie sesión en la plataforma EMCP en www.lfemcp.com con una cuenta de administrador (se recomienda utilizar un navegador como IE9 o superior, o Google Chrome) para configurar la plataforma EMCP en la nube. Para las instrucciones detalladas, consulte el «Manual del usuario de la plataforma en la nube IoT EMCP». Al iniciar sesión en EMCP, primero se accede a la página de lista de dispositivos; como no hemos creado ningún dispositivo, se trata de una página vacía. Haga clic en el botón “Administración del backend” en la esquina superior derecha (solo las cuentas de administrador tienen este permiso) para acceder a la parte posterior de la plataforma EMCP. 3.1 Configuración remota de DTU: Abra la página “Administración en segundo plano → Gestión de módulos”. Asocie el DTU a esta cuenta de administrador y, a continuación, podrá utilizar la función de “Configuración remota” para establecer los parámetros de comunicación y los parámetros funcionales del DTU. Hay dos aspectos principales que deben configurarse: uno son los parámetros de la interfaz de comunicación con el PLC, y el otro son los parámetros del canal MODBUS para que el DTU recopile los datos del PLC de forma periódica. A continuación, se explica esta función paso a paso. Nota: El módulo solo puede configurarse a distancia una vez que esté en línea. 3.1.1 Vinculación del módulo: La contraseña inicial para vincular el módulo es 111111; basta con hacer clic en “Vincular” para proceder. 3.1.2 Configuración remota del módulo: En la sección [Gestión de módulos], se utiliza la función [Gestión remota] correspondiente a la DTU para establecer los parámetros de comunicación de dicha DTU ； Para la configuración remota de los módulos, lo mejor es primero [leer] y luego [escribir]. Solo cuando la escritura tenga éxito se puede considerar que el parámetro se ha configurado correctamente en la DTU. Después de realizar la escritura, también se puede verificar si la operación anterior fue exitosa mediante una lectura. El primer paso es acceder a la página de información del estado, para verificar el estado del DTU, como se muestra en la imagen a continuación. El segundo paso consiste en realizar los ajustes de comunicación: se debe configurar la interfaz de comunicación del DTU para que funcione a través de la red LAN. Dado que la dirección IP del PLC es 192.168.2.2, es necesario establecer la dirección IP de comunicación del DTU dentro de la misma subred; en este caso, se establece en 192.168.2.254. Luego, en la lista de configuraciones del servidor Modbus-TCP, se debe agregar el número de esclavo 200 SMART, su dirección IP y el puerto de comunicación (el estándar MODBUS-TCP utiliza el puerto 502). Para la conexión de datos: se debe seleccionar el tipo de puerto de comunicación con el PLC; se pueden elegir RS485, RS232 o puerto LAN. En este caso, se utiliza el puerto LAN para la comunicación Modbus-TCP ； IP de la máquina local: Es la dirección IP del DTU como cliente en las comunicaciones MODBUS-TCP. Esta IP debe encontrarse dentro del rango de subred de la red local de comunicación, y no puede coincidir con las IPs de otros dispositivos en esa subred. Si se conecta directamente al 200 SMART, basta con configurarla para que esté en el mismo rango de subred que el 200 SMART. En este caso, la dirección asignada es 192.168.2.254 ； Parámetros de Modbus-TCPServer: Número de esclavo: Es el número de esclavo del PLC. Este número no debe coincidir con el de otros PLCs que también participan en la comunicación. En este caso, se ha establecido en 1 ； Dirección IP: La dirección IP del PLC como servidor MODBUS-TCP es, en este caso, 192.168.2.2 ； Puerto de comunicación: Puerto de comunicación del PLC; el puerto estándar según el protocolo MODBUS-TPC es el 502, y en este caso también se utiliza el puerto 502 ； En el tercer paso, se realiza la【configuración de Modbus】, para configurar los parámetros mediante los cuales el DTU lee periódicamente los datos del PLC y los envía a la plataforma. Como se muestra en la imagen a continuación: Descripción de los parámetros en la lista de recolección personalizada de datos en tiempo real: Número de esclavo del dispositivo: Es el número de esclavo del PLC al que está conectado el DTU; este valor coincide con el número de esclavo del PLC indicado en las【Configuraciones de comunicación】. Este caso es 1 ； Código de función: Identificador para que el módulo lea las áreas de registro MODBUS del dispositivo. “El código de función 01 corresponde a “bobina” (0XXXX), el código de función 02 corresponde a “entrada de valor discreto” (1XXXX), el código de función 03 corresponde a “registro de retención” (4XXXX) y el código de función 04 corresponde a “registro de entrada” (3XXXX). En los PLC de Siemens, el punto Q corresponde al código de función 01, el punto I corresponde al código de función 02. La zona a la que apunta HoldSt` en MBS_Connect corresponde al código de función 03 (en el programa PLC mencionado anteriormente, las referencias se hacen a VW1000 hasta VW1198). La zona AI corresponde al código de función 04. Dirección de inicio: Dirección de inicio para la lectura de los registros MODBUS del dispositivo al que está conectado el módulo (sin incluir el identificador del área de registros). En la imagen, la primera dirección de instrucción MODBUS 1 corresponde a 00001; la segunda dirección de instrucción MODBUS 1 corresponde a 10001; y la tercera dirección de instrucción MODBUS 1 corresponde a 40001. Longitud de los datos: Es la longitud continua de los datos leídos por el dispositivo DTU. En la imagen, las longitudes son 8 y 10; es decir, se leen de forma continua desde 00001 hasta 00008, desde 10001 hasta 10008, y desde 40001 hasta 40010. La DTU estándar puede conectarse a varias estaciones esclavas (hasta 4). Se puede hacer clic en “Nuevo” para crear un canal de instrucciones MODBUS; las reglas de configuración siguen las indicaciones anteriores. En relación con la configuración de las estaciones esclavas del PLC mencionada anteriormente, aquí se realiza un monitoreo en tiempo real de los canales Q0.0 a Q0.7, I0.0 a I0.7 y VW1000 a VW1018 del PLC. Nota: Cuando el DTU presenta anomalías, como la imposibilidad de conectarse a la red o de comunicarse adecuadamente con el PLC, se puede utilizar la interfaz de configuración (por defecto RS232) para conectarlo a una PC. Con el “Software de configuración del DTU” se puede consultar el estado del dispositivo y las alertas relacionadas con posibles anomalías. Para más detalles, consulte el “Manual de uso del Software de configuración del DTU”. 3.2 Crear nuevas reglas de datos: Haga clic en “Reglas de datos” en el lado izquierdo de la página para acceder a la pantalla de configuración de las reglas. Luego, haga clic en “Añadir” en la esquina superior derecha. En la ventana que aparece, establezca el nombre de la regla de datos como “S7-200SMART” y elige el estilo de visualización como “Lista”. Podemos elegir entre mostrar los datos en forma de lista o en formato de configuración. Al mostrarlos en lista, los datos se presentarán de manera ordenada; este método es sencillo y práctico (se puede utilizar durante la fase de pruebas de los datos). Presentación de la configuración: Podemos diseñar libremente el estilo de presentación de los datos de los dispositivos, añadiendo elementos como gráficos, imágenes, paneles de control, barras de relleno y texto (esta función es similar a la de los software de configuración tradicionales; para más información, consulte el documento “Instrucciones de uso de la configuración de pantallas en la plataforma EMCP”). Después de crear las reglas de datos, haga clic en 【Datos en tiempo real】 para agregar nuevas reglas de análisis de datos en tiempo real (la configuración Modbus establecida en 3.1.2). Luego, haga clic en 【Leer/Escribir datos】 para crear reglas de datos que permitan a la plataforma realizar operaciones manuales de lectura y escritura en los dispositivos. La creación de reglas se muestra a continuación. Nota: Datos en tiempo real: Son los datos que DTU recopila periódicamente, según la frecuencia de recolección configurada a través de los canales Modbus (ver sección 3.1 anteriormente), y que luego se suben a la plataforma para su visualización ； Lectura y escritura de datos: No es necesario configurar canales de adquisición por Modbus en la DTU; se pueden realizar operaciones manuales de lectura y escritura de datos en los dispositivos periféricos directamente a través de la plataforma ； En la plataforma EMCP, no es necesario incluir el identificador de la zona de registros en la configuración de las “direcciones de registro”. Por ejemplo, para leer o escribir los datos del “registro de retención” (código de función 03), basta con indicar el número 19 en la columna “Dirección de registro” según las reglas de datos de la plataforma. (Nota: Si el conteo de direcciones Modbus del dispositivo comienza en 0, será necesario sumar 1, es decir, indicar el número 20). Configuración de alarmas: en los datos en tiempo real ya creados, haga clic en la opción [Alarmas] para acceder a la página de configuración de alarmas. Podemos establecer los límites superior e inferior de alarma para esos datos, así como el contenido de la alarma y si se desea activarla o no. Una vez configurada la alarma, cuando los datos superan los límites establecidos, la plataforma registra automáticamente la hora y el valor de la alarma. Al mismo tiempo, envía un mensaje de alerta a la aplicación o a WeChat con la que está conectado el usuario. 3.3 Dispositivos nuevos: En la gestión en segundo plano, seleccione [Gestión de dispositivos] -> [Añadir] para crear un nuevo dispositivo llamado “S7-200SMART”. Para los dispositivos nuevos, se deben ingresar las informaciones básicas del dispositivo. 1) Se elige una imagen que represente al dispositivo (se puede subir desde el equipo local, o no hacerlo; en ese caso, el sistema mostrará una imagen predeterminada). 2) Se ingresa el SN del módulo; es necesario introducir el código correspondiente al SN que se desea asociar. Si dicho SN aún no está asociado a ningún dispositivo, se mostrará una ventana para realizar la asociación. 3) Se seleccionan las reglas de datos creadas anteriormente. 4) Se hace clic en el botón “Mapa” para seleccionar la ubicación geográfica donde se encuentra el dispositivo. Una vez terminado, haga clic en [Guardar]. IV. Efectos del experimento. Abra el software de programación del PLC, ponga el PLC en modo en línea y supervise los datos actuales del PLC desde la tabla de monitoreo, como se muestra a continuación: Inicie sesión en la plataforma EMCP (www.lfemcp.com), haga clic en la imagen o en el nombre del dispositivo “S7-200 SMART” para acceder a él. Lo primero que se ve es la visualización de los datos recopilados por el PLC en tiempo real. Se pueden realizar operaciones de lectura y escritura en el PLC haciendo clic en “Leer/Escribir datos”. Para ver los registros históricos de los datos almacenados por el dispositivo, basta con hacer clic en “Datos históricos”. Para acceder a los registros de alarmas, se debe hacer clic en “Registros de alarmas”; así se muestra la información correspondiente. Instale la aplicación móvil “Yunlian Wutong” en su teléfono (puede descargarse escaneando el código QR que se encuentra en la esquina superior derecha de la página de inicio en la computadora, o bien desde las tiendas de aplicaciones). Inicie sesión con su nombre de usuario y contraseña. Una vez dentro de la lista de dispositivos, haga clic en el dispositivo “S7-200 SMART”. Se abrirá una página con los datos en tiempo real o la pantalla de configuración (en modo de visualización de configuración). Haga clic en el menú de la esquina superior derecha [botón de tres barras] para abrir el menú de funciones. En ese menú, haga clic en [Leer/Escribir datos] para realizar operaciones de lectura y escritura de datos. Haga clic en [Informes históricos] para ver los informes de los datos almacenados por el dispositivo. Haga clic en [Curvas históricas] para ver las tendencias históricas de los datos. Finalmente, haga clic en [Informes de alarmas] para ver los registros de alarmas del dispositivo. V. Introducción a las funciones auxiliares 5.1 Función de configuración de la pantalla. Se puede elegir utilizar la forma de visualización por configuración para mostrar las reglas de datos correspondientes siguiendo estos pasos: [Configuración del backend] -> [Reglas de datos] -> [Ajustes] -> [Visualización por configuración]. Una vez seleccionada la opción para mostrarla en la configuración, las opciones de configuración de la pantalla de las reglas se vuelven disponibles. Haga clic en el elemento “Configuración de pantalla” para acceder a la página de edición. A través de la página de edición de configuración, podemos dibujar libremente imágenes, texto, cuadros de indicación numérica, botones, luces indicadoras, tuberías, equipos, etc. Para conocer las funciones detalladas, consulte las «Instrucciones de uso para la configuración de pantallas en la plataforma EMCP» en http://www.lanfengkeji.com/h-col-135.html. 5.2 Funciones de WeChat. Sigue la cuenta oficial “EMCP IoT Cloud Platform” en WeChat, vincula tu cuenta de la plataforma siguiendo las instrucciones, y así podrás utilizar WeChat para monitorear los dispositivos y recibir mensajes de alerta. Para facilitar la gestión del equipo, se recomienda poner en “destacado” la cuenta oficial de la plataforma en la nube IoT EMCP. 5.3 En las reglas de datos, se activan las funciones de alertas por comunicación y la autorización para usuarios comunes. La función de alarma de comunicación consiste en que, cuando hay un problema en la comunicación entre el DTU y el PLC, se emite una alarma en el dispositivo correspondiente. Según la causa del problema de comunicación, se incluye una descripción en el mensaje de alarma, lo que facilita su solución. La configuración y los efectos son los siguientes: 5.4 Función de publicación de dispositivos. En la gestión de dispositivos, se pueden configurar las propiedades del dispositivo como públicas. Una vez que se hace esto, se generan una URL y un código QR relacionados con el dispositivo. Mediante estas conexiones y códigos QR, es posible acceder al dispositivo sin necesidad de iniciar sesión. También se puede compartir el dispositivo en las redes sociales. 5.5 Se añaden cuentas normales y autorizaciones de dispositivos. Una vez que la cuenta de administrador haya creado el dispositivo, puede crear una cuenta separada para los usuarios a través de la opción “Cuenta normal”, para que puedan acceder al dispositivo al que pertenecen. Esta función permite a los usuarios crear una cuenta exclusiva para poder ver los dispositivos a los que pertenecen. 5.6 Función de vigilancia por video. La plataforma EMCP permite la conexión de cámaras CloudFlare, lo que permite el monitoreo por video en tiempo real desde terminales como web, aplicaciones móviles y WeChat. Para más detalles, consulte las «Instrucciones de uso del video de la plataforma en la nube IoT EMCP V3.6»