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FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

Carrera de Ingeniería Electrónica y Control

Período: 2019-B | http://ciecfie.epn.edu.ec/wss/VirtualDirectories/80/Enlaces/LABORA.htm

LABORATORIO DE REDES INDUSTRIALES

PRÁCTICA N°7

1. TEMA

PROTOCOLOS INDUSTRIALES SOBRE REDES RUTEABLES –MODBUS/TCP

2. OBJETIVOS

2.1. Configurar los PLCs Twido y M580 como esclavos para que sean integrados en

una red Modbus/TCP.

2.2. Desarrollar la programación y configuración necesaria en InTouch/HMI, para la

implementación del sistema supervisor de la red Modbus/TCP.

2.3. Desarrollar la configuración necesaria del servidor de datos DASMBTCP Server

para la integración de los PLCs previamente programados.

2.4. Posibilitar el control remoto desde varios puestos de HMI realizando el

levantamiento del servidor en un solo equipo que actúa como nodo central.

3. MARCO TEÓRICO

Modbus/TCP es un protocolo de comunicación que permite a equipos industriales, tales

como PLCs, PC y otro tipo de dispositivos físicos de entrada/salida, comunicarse sobre

una red Ethernet (Fig.1). Modbus/TCP es una variante de la familia de protocolos

MODBUS, en la que básicamente se encapsula un comando MODBUS dentro de una

trama TCP permitiendo el uso de este tipo de mensajes en un entorno intranet o internet

usando los protocolos TCP/IP a nivel de capa de transporte y red, y Ethernet a nivel de

enlace de datos y física. Su implementación es factible en cualquier dispositivo que

soporte sockets TCP/IP, y su puerto lógico por defecto es el 502.

Figura 1. Modbus TCP



4. PROCEDIMIENTO

Programación del PLC en TwidoSuite

Iniciar TwidoSuite.

Aparece la ventana para la selección del modo de trabajo, en este caso se escoge

“Programming” Mode.

Entonces, aparece la ventana para el desarrollo y gestión del proyecto de programación

“Project Management”, la misma que consta de 4 pestañas.



En la pestaña “Project” se da clic sobre “Create a new project”, en la cual se asignará el

nombre del proyecto, autor, comentarios, etc., y se da clic en Crear “Create” para concretar

la creación.

Para iniciar la configuración del PLC Twido TWDLCAA24DRF se ingresa en la pestaña

“Describe”, en la cual se debe borrar el CPU por defecto, si este no corresponde al modelo

con el que se va a trabajar; en “Catalog” se selecciona el CPU correspondiente y se lo

arrastra al área de trabajo. En el caso del Twido TWDLCAA24DRF dentro del catálogo

corresponde a un PLC tipo compacto.

Dentro del catálogo se seleccionarán además otros componentes con los que vaya a operar

el PLC, tales como módulos I/O de expansión, paneles de operador, variadores, módulos

de comunicación, etc.



En este caso aplica la inclusión del Interface Ethernet, Puente o Gateway 499TWD01100

para Twido, el mismo que lo habilita para ser conectado en una red Modbus TCP. De

requerir un módulo de I/O análogas también debe ser colocado en esta sección.

Luego se procede a configurar los parámetros de comunicación tanto en el PLC Twido como

en el Interface Ethernet. En el caso del PLC se da clic derecho sobre el puerto de

comunicación para acceder a la configuración, o a su vez se coloca el cursor sobre el

puerto hasta que este se muestre como un destornillador y se da doble clic.

Para configurar al PLC Twido como un dispositivo Modbus TCP se escoge la opción de

comunicación Modbus y la dirección 1.



Luego se procede a configurar el dispositivo de interface o puente, para ello de igual forma

clic derecho e ingresar a configuración, se asigna la dirección IP, máscara de subred, y

dirección del gateway.

Realizada la configuración es posible crear la red, la cual unirá el puerto del PLC Twido y

el puerto RS-485 del puente, esto se lo realiza colocando el cursor sobre el puerto a unir

hasta que este se muestre como una cruz, y luego manteniendo el clic se lo arrastra hasta

el segundo puerto a unir.



Posterior a esto la conexión o red es creada y aparece como se muestra en la siguiente

figura.

Creado el enlace es posible verificar y cambiar los parámetros de configuración de este,

para ello se da doble clic sobre el enlace. Esta configuración corresponde al enlace PLC –

puente y no influye en la red Modbus TCP, se mantiene la configuración sugerida: 19200,

8(RTU), None, 1.



Es importante indicar que la configuración realizada para el puente se cargará

automáticamente desde el PLC en el siguiente encendido del PLC, por su puesto siempre

y cuando tenga conectado el puente.

Posterior a la configuración de las comunicaciones se procede al desarrollo del programa;

en la pestaña “Program”, se muestra en principio las opciones de configuración.

En la pestaña “Configure the Hardware” se puede conocer las direcciones de ubicación de

las entradas y salidas del PLC. De tener entradas o salidas análogas debe especificarse si

estas son de corriente o voltaje y aplicar los cambios realizados.



En la pestaña “Configure the data” se puede conocer sobre los registros tipo marcas de

memoria del PLC (Memory Bit, Memory Word), bloques de función como timers o

contadores, objetos I/O, y relojes en tiempo real.

En la pestaña “Configure the behavior”, entre las opciones una importante es la selección

de la forma en la que el PLC arrancará. La primera opción es que tras la energización el

PLC no inicie arrancado y para arrancarlo se usa una entrada física del PLC, la segunda es

que el PLC arranque automáticamente tras su energización.



En la pestaña “Define the Protections” se configura si se desea colocar clave para el acceso

a la programación del PLC.

Para el desarrollo del programa se debe ingresar a la pestaña “Program”, donde hay la

opción de edición del programa y la definición de símbolos.

Si bien no es mandatorio la definición de símbolos, estos ayudan el momento del desarrollo

de la programación por lo que se debe contemplar primero la definición de estos.

Para el desarrollo del programa se debe tener en cuenta que la comunicación Modbus

planteada para el PLC Twido se realiza a través de los registros tipo marcas de memoria o

“Memory Bit” y “Memory Word”.



En el caso de los “Memory Bit” cuya representación general es %Mx (%M0, %M16, etc.) el

acceso es a nivel de bit, pudiéndose hacer una analogía con los “Data Coils” y los “Data

Contacts” definidos en la comunicación Modbus.

En el caso de los “Memory Word” cuya representación general es %MWx (%MW0,

%MW236, etc.) el acceso es a nivel de palabra es decir 16 bits, pudiéndose hacer una

analogía con los “Input Register” y los “Holding Register” definidos en la comunicación

Modbus.

En un primer caso la programación del PLC está desarrollada para una aplicación de

mandos booleanos de Arranque/Paro de un motor, el mismo que incluye comandos locales

desde entradas físicas del PLC, así como desde mandos remotos, los mismos que pueden

ejecutarse desde una HMI.

Se muestra un segundo caso en el que consta la programación para la lectura y escritura

de datos en formato Word. En la primera línea se muestra el uso de una marca de palabra

como registro para lectura por parte del maestro (Input Register), que en este caso permite

la lectura del valor de una entrada analógica del PLC.

En la segunda línea la marca de palabra en cambio sirve como registro de escritura para el

maestro (Holding Register), que en este caso muestra una consigna de velocidad enviada

desde el maestro a través de comunicación y el PLC esclavo lo lleva a una salida analógica.

Las opciones Guardar, Analizar programa, Simular, Buscar, Importar o Exportar programa

está habilitada en la parte inferior derecha de la ventana de desarrollo del programa.



Como se mencionó líneas arriba es posible entrar en un modo de simulación a través de

las opciones en el menú inferior derecho.

Para cargar el programa al PLC se ingresa a la pestaña “Debug” en la opción “Connect”,

previamente el PLC fue conectado a través del cable de programación. Ya en la pestaña

de “Debug” se clic en “OK” de “Establish communication”.



Luego aparece la ventana en la que se presenta las opciones de cargar el programa al PLC

o la de subir el programa desde el PLC, en este caso seleccionar cargar el programa.

Tras dar clic en “OK” aparece el mensaje del que el PLC está corriendo y será detenido, y

así también el mensaje de que el programa actual del PLC será sobrescrito.



Cuando se finaliza la transferencia, el led “Run” del PLC estará titilando, como indicativo de

que el PLC aún no ha arrancado, el arrancado del PLC se lo realiza en la ventana que

aparece posterior a la finalización de la transferencia del programa en el icono de “Play”.

Con esto el PLC está en modo “Run” y el led correspondiente ahora permanece encendido

todo el tiempo.

Configuración en InTouch

Verificar si la dirección IP de la PC en donde se desarrollará la aplicación HMI se encuentra

dentro de la misma red que la dirección IP asignada al PLC. Realizar un “Ping”.



Puede realizar un “ping” al PLC desde la PC para verificar la conectividad entre estos. Tras

verificar la dirección IP en la ventana de Conexiones de Red en las propiedades de IPv4,

se abre una pantalla de cmd y en esta se escribe “ping <<Dirección IP del Dispositivo con

el que se quiere comprobar conexión>>”

Como respuesta se reciben los tiempos de transmisión de los mensajes, sólo si la conexión

ha sido bien establecida.

Luego, se procede a crear una pantalla en InTouch para el Arranque/Paro Remoto.



Se configurar el servidor correspondiente en “System Management Console”.

En “DAServer Manager” en “Local” se realiza la configuración del servidor para dispositivos

Modbus TCP, “DASMBTCP”. Para ello sobre “Configuration”, dando clic derecho sobre “Add

New TCP Port”, aparece la pantalla donde se muestra el número de puerto asignado a

Modbus a nivel de capa de transporte, este es el 502.



Tras la creación del puerto TCP se inicia la creación de los objetos a comunicar a través de

ese puerto. En este caso el PLC Twido lo hará a través de un Interface Ethernet

499TWD01100 por lo que se debe escoger “Add ModbusBridge Object”.

En la nueva pantalla que se despliega se debe configurar la opción “Modbus Bridge” y la

dirección IP asignada durante la configuración del PLC al puente o Interface Ethernet.



Para crear el PLC se da clic derecho sobre el “Modbus Bridge” creado, seleccionar “Add

ModbusPLCRS Object”,

Aparece la pantalla del ModbusPLCRS en la cual se debe configurar el “PLC unit ID” que

corresponde a la dirección de esclavo Modbus del PLC. En este caso corresponde a la

dirección de esclavo 1. También, es importante configurar el número de dígitos que emplea

el objeto Modbus, aunque generalmente suelen ser 5.



Posterior a esto se debe crear el “Device Group”, para ello entrar en la pestaña del mismo

nombre y se crea un nuevo grupo. El nombre que se le asigne a este grupo será luego

usado como el “Access Name” para las variables I/O o variables de comunicación que se

usen durante el desarrollo de las pantallas del HMI.

Finalmente, guardar y activar el servidor.



Regresar al “WindowMaker” de InTouch para configurar las variables vía comunicación, que

en este caso son el arranque y paro del motor. Se definirán tres variables: “Arranque”, “Paro”

y “Motor”, las tres variables serán definidas como “I/O Discrete” donde el I/O hace referencia

a que son variables obtenidas vía comunicación, en este caso proporcionadas por el

DASMBTCP Server que se acaba de crear.

Usando el procedimiento de definición ya conocido se define la variable como I/O Discrete,

En ese momento las opciones del “Tagname Dictionary” muestran opciones adicionales

para definir el “Access Name” de la variable I/O creada. Dar clic en “Access Name: …” y

aparecerá la ventana donde se creará este.



Dando clic en “Add” aparece la pantalla “Add Access Name”. En esta pantalla se sugiere

que tanto el “Access Node Name” y el “Topic Name” lleven el nombre definido en el “Device

Group” durante la configuración del servidor DASMBTCP. En lo que respecta al “Application

Name”, se colocará el nombre de la aplicación servidor, en este caso el servidor

DASMBTCP.



Dar clic en “OK” y “Close” en la ventana “Access Name”. Antes de finalizar se debe indicar

el “Item:” en la “Tagname Dictionary”; en comunicación Modbus en este campo se coloca

la dirección Modbus con la que se desea asociar la variable que se está definiendo.

Para definir qué dirección se colocará, se debe tener en cuenta que TWIDO trabajará como

un dispositivo Modbus base 1, es decir a los registros de memoria utilizados durante la

programación del PLC se les sumará 1 para definir su dirección Modbus. En este caso, en

la programación del PLC se propone %M0 y %M1 para el arranque y el paro desde el HMI,

así la variable “Arranque” definida en InTouch se asociará a la %M0 por lo que en “Item” se

colocará “1”, y la variable “Paro” se asociará a la %M1 por lo que en “Item” se colocará “2”,

nótese que se está haciendo referencia a su posición relativa en la memoria.

Tras completar la configuración de la variable en el “Tagname Dictionary” se guarda y se

cierra.

Este procedimiento se repite para las variables que se necesiten configurar, en este caso

del “Paro” y del “Motor”, esta última con objeto de visualizarla en el HMI.

Se podrá notar que las variables “Arranque” y “Paro” se pueden considera como los “Data

Coil” (0xxxx) definidos en Modbus, ya que se está escribiendo en estos , pudiendo decirse

entonces que:

%M0 se escribe en 00001 (Data Coil)

%M1 se escribe en 00002 (Data Coil)

En el caso de que se requiera leer datos discretos como estados desde el PLC, también se

deberá definir un “Memory Bit” a través del cual se pueda comunicar vía Modbus ese

estado, como se notará este se puede considerar como “Data Contact” (1xxxx). En el

ejemplo se propone %M2, que siendo el PLC un equipo de base 1, entonces:

%M2 se lee en 10003 (Contact Data)



De allí que, para la lectura del estado de esta marca de memoria, el “Item” correspondiente

será 10003. Vale la pena indicar que si se coloca en “Item” la dirección 00003 se leerá

también la misma marca de memoria, pero por motivos de organización durante el

desarrollo, es más conveniente guardar la convención de que las marcas que son escritas

desde fuera del PLC se las maneje como “Data Coils” con direcciones 0xxxx, mientras que

las marcas que son leídas desde el PLC se manejen como “Data Contacts” con direcciones

1xxxx.

En el caso de que los requerimientos ya no se limiten únicamente a variables discretas es

factible usar en el PLC las “Memory Word” definidas como %MWx. Estas palabras de

memoria se manejarán como los “Input Registers” (3xxxx) para lectura desde el PLC y los

“Holding Register” (4xxxx) para escritura al PLC.

En el siguiente ejemplo simple se muestra como el estado de las 8 primeras entradas

analógicas son cargadas a la palabra de memoria %MW0 para que pueda ser leída desde

InTouch.



En este caso al ser de lectura se la considera un “Input Register” (3xxxx), entonces la lectura

de esta se realizará en la dirección 30001. Su estado también puede ser leído en la

dirección 40001, pero al igual que en las variables discretas se recomienda manejar las

direcciones 3xxxx para la lectura con la finalidad de mantener la organización, de igual

forma las de escritura mantener las direcciones 4xxxx.

5. TRABAJO PREPARATORIO

5.1. Realizar la configuración de tres PLCs Twido y un PLC M580 para que sean

integrados en una red Modbus TCP la misma que vía comunicación debe ser

integrada con una interface de operador desarrollado en InTouch.

Configuración del Sistema Solicitado



Para cada uno de los 4 PLCs se programará los mandos locales y vía comunicación

se controlará el encendido/apagado de su motor con la respectiva visualización del

estado de todos ellos en la HMI.

Además, se realizará la programación necesaria para que una entrada analógica

de 0-10 V del PLC se escriba en una memoria para que pueda ser leída desde el

HMI, esta entrada corresponderá a la lectura de velocidad del motor en porcentaje.

Una vez accionado el encendido, cada motor operará durante un determinado

tiempo (en segundos) el cual debe ser ingresado desde la HMI.

Tener en cuenta que en el caso del PLC M580 deberá programarse en Unity XL.

Este PLC al igual que los PLC TWIDO usan las marcas para comunicación Modbus,

con la diferencia que el PLC M580 tiene direcciones Modbus de 6 dígitos base 1 y

los PLC TWIDO son de 5 dígitos base 1.

5.2. Desarrollar la pantalla de operador en base a el numeral 5.1

HMI para Supervisión del Proceso

6. EQUIPO Y MATERIALES.

Software: TwidoSuite, Unity XL, InTouch/HMI

Servidor: DASMBTCP Server

Controlador:

PLC Twido TWDLCAA24DRF

PLC M580 con CPU P581020



7. INFORME

7.1. Escriba el procedimiento de configuración de la red implementada en el laboratorio.

7.2. Incluya los programas implementados en los PLCs.

7.3. Realice el mapa de memoria con las direcciones Modbus de cada PLC, en este

mapa indique la dirección IP de cada dispositivo.

7.4. Conclusiones y Recomendaciones Individuales.

7.5. Bibliografía.

Elaborado por: Silvana Gamboa

Diego Maldonado

Revisado por: Silvana Gamboa / Jefe de Laboratorio

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