Modbus TCP/IP -protokollan käyttö toimilaitteiden ohjauksessa

Abstract

Tiedonsiirtotekniikassa on käytettävissä lähes rajaton määrä mahdollisuuksia toteuttaa jopa maailmanlaajuisia verkostoja. Tässä opinnäytetyössä tutkittiin muutamaa maailmalla laajassa käytössä olevaa tekniikkaa, joiden pohjalta toteutettiin toimilaitteita ohjaava ohjelma. Ohjelman tekemisen avulla saatiin käytännön kokemusta mahdollisesta teollisuuden käyttökohteesta.

Tämä työ on jaettu kahteen osaan. Ensimmäisenä osana on teoria osuus, jossa perehdytään kenttäväylätekniikkaan ja Modbus-protokollaan, joiden avulla saadaan siirrettyä dataa tietoliikenneverkossa. Näiden kahden protokollan pohjalta tehtiin käytännön työ, jossa ohjataan kahden toimilaitteen toimintaa Modbus TCP/IP -verkossa.

Tiedonsiirtoon kenttälaitteiden välillä voidaan hyödyntää kenttäväyliä, joita käsitellään tämän työn ensimmäisessä teorialuvussa. Kenttäväylät ovat tietoliikenneprotokollia, jolla siirretään dataa verkossa ilman tarvetta erillisille I/O-alijärjestelmille. Moderneilla väylillä on useita hyötyjä ja ominaisuuksia tuotantoprosessin kehityksen eri vaiheissa, mitä esitellään tämän tutkimuksen aikana. Väylät voivat muodostaa erilaisia topologioita, joilla on erilaisia ominaisuuksia ja käyttökohteita.

Luvussa kolme tutustutaan Modbus-protokollan toimintaan, jota käytetään hyödyksi myös työn käytännön osuudessa. Modbus on yksi yleisimmistä kenttäväylien kanssa käytettävistä kommunikointiprotokollista. Protokollan suosio teollisuudessa perustuu yksinkertaisuuteen, monipuolisuuteen ja kustannustehokkuuteen. Tässä työssä perehdyttiin Modbusin toimintaan ja erityisesti sen käyttämien viestien rakenteisiin. Lisäksi funktio- ja poikkeuskoodien avulla sivuutetaan, millaiseen viestintään laitteiden välillä protokollaa voidaan hyödyntää.

Työn käytännön osuudessa luotiin ohjelma, jolla ohjataan kahden moottorin toimintaa ohjauspaneelin kautta. Ohjelma tehtiin käyttämällä Red Lionin luomaa Crimson 3.0 -ohjelmistoa, jolla ohjelmoitiin ohjauspaneelin käyttöliittymä ja kenttäväylän avulla siirrettävien pakettien rakenne Modbus-protokollaa hyödyntäen. Lopullisella ohjelmalla saatiin onnistuneesti siirrettyä dataa paneelilta toimilaitteille ja takaisin ilman toimintahäiriöitä. Näin saatiin havainnollistettua sekä kenttäväylän että Modbus-protokollan toimintaa käytännön sovelluksessa, jota voitaisiin soveltaa esimerkiksi teollisuuden tiedonsiirtotarpeissa.