Fully Integrated Modbus Communication Functions on STARDOM PLC/RTU

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Introduction

With its open and simple specifications, the Modbus protocol is widely used to control device communications in industrial applications. As indicated in the following table, Modbus modes and functions differ depending on cable type.

Cable type Serial Ethernet
Mode ASCII RTU TCP
Functions Master/slave Master/slave Client/server

Project Overview

Yokogawa Engineering Asia Pte. Ltd. was engaged in an upstream supervisory control and data acquisition (SCADA) system project where there was a requirement for Modbus systems that could operate simultaneously as master and slave nodes. As STARDOM field control node (FCN) autonomous controllers allow both Modbus master and slave functions to run simultaneously, they were selected for this project.

While functioning as a Modbus master mode in this application, the FCN polls the fire and gas system (FGS) to obtain data. As a Modbus slave node, it then transmits FGS data to the Yokogawa FAST/TOOLS SCADA system via a Modbus gateway and a WAN. This gateway converts the Modbus RTU protocol to Modbus TCP protocol for communication over the WAN. The serial modules are duplexed for network redundancy.

System Configuration

Figure: System Configuration

Expected benefits

Port name definition in Resource Configurator

Figure: Port name definition in Resource Configurator

The NFLR121 FCN serial communications module has two ports for either RS-422 or RS-485 communications, and each can be configured as slave or master. By installing two of these modules, the second module is made to be a backup.

With STARDOM, the following benefits are expected:

  • Reduced installation costs
  • Simplified system configuration
  • Increased system reliability

STARDOM Engineering

Setting of virtual name for port in POU
Figure: Setting of virtual name for port in POU

STARDOM supports the IEC61131-3 programming language. The following two engineering tools are available:

  • Resource Configurator: for hardware settings
  • Logic Designer: for application logic

By keeping the application logic separate from the physical addresses, engineers can write programs for specific applications without having to consider the hardware configuration. This allows programs to be reused and improves engineering efficiency. The following screenshot from the Resource Configurator tool shows how the virtual name for a physical port is defined. In this case, SERIAL 1 is set for port1 and SERIAL 2 is set for port2 of the NFLR121 module.

By setting a virtual name for the program organization unit (POU) parameter, it is possible to link the physical hardware and the application logic. In the following figure, SERIAL 1 is set for SD_CMDBSM_BM_OPEN, which executes a Modbus master task. This specifies that port1 on an NFLR121 module is used as the communications port.

Application Overview

The NFLR121 FCN serial communications module has two ports for either RS-422 or RS-485 communications that support communication speeds between 300 bps and 115.2 kbps. In this project, one port was set as a Modbus master and the other as a Modbus slave. For redundancy purposes, two modules are installed in the following side-by-side configuration:

PSU Power Supply Unit PSU Power Supply Unit CPU CPU Spare AI DI DO COM COM

Figure: Unit Configuration

NFLR121

NFLR121

For this application, the following tasks were carried out in the sequence shown:

  1. Port configuration
  2. Modbus RTU master and slave programming for the same module
  3. Redundant Modbus RTU slave programming

 

 

 

Port Configuration

Setting of wiring method for port 2 on NFLR121
Figure: Setting of wiring method for port 2 on NFLR121

With the Resource Configurator, the following communication settings were made for each port:

  • Port name
  • Wiring method (2 wire/ 4 wire connection)
  • Half duplex / full duplex
  • Baud rate
  • Data bits
  • Parity setting

 

Programming the Same Module as Modbus RTU Master and Slave

Port name definition with Resource Configurator
Figure: Port name definition with Resource Configurator

For this application, port name SERIAL 1 was set to port 1 and port name SERIAL 2 was set to port 2 for the NFLR121 module in slot 9.

As shown below, two POUs were used in this application: SD_CMDBSM_BM_OPEN POU for the Modbus RTU master node and SD_CMDBSM_BS_OPEN POU for the slave node. Port 1 on the NFLR121 module was used for communication as a Modbus RTU master node and port 2 was used as a slave node.

SD_CMDBSM_BM_OPEN POU for the Modbus RTU master node and SD_CMDBSM_BS_OPEN POU for the slave node

Redundant Modbus RTU Slave Programming

Figure: Port name definition with Resource Configurator
Figure: Port name definition with Resource Configurator

NFLR121 modules were installed in slots 9 and 10. In this application, port name SERIAL 3 was set to port 1 and SERIAL 4 was set to port 2 for the redundant NFLR121 module in slot 10.

The two SD_CMDBSM_BS_OPEN POUs shown below were used in this application. Port 2 of the NFLR121 module in slot 9 and port 2 of the NFLR121 module in slot 10 were used for communication as a Modbus RTU slave node. In the event of a failure of port 2 on the NFLR121 module in slot 9, communication would not be disrupted.

Port 2 of the NFLR121 module in slot 9 and port 2 of the NFLR121 module in slot 10 were used for communication as a Modbus RTU slave node

Conclusion

Each of the communications modules on a STARDOM FCN autonomous controller can simultaneously function as Modbus master and slave nodes without affecting the other settings in the customer site. The use of two modules makes communications fully redundant.

In this application, the FCN Modbus master node simultaneously polls data from the FGS while the Modbus slave node transmits the FGS data to FAST/TOOLS. This keeps installation costs to a minimum. Furthermore, the use of the redundant module configuration ensures that there will be no interruption in the communications between FAST/TOOLS and the FCN autonomous controller.

Industries

  • Eau et Traitement des Eaux Usées

    Yokogawa fournit des solutions de contrôle pour une production d'eau durable en développant une technologie plus économe en énergie, en aidant à réduire l'empreinte carbone des opérations et en construisant des produits solides qui protègent l'environnement des contaminants. Grâce à notre technologie de pointe et à notre vaste savoir-faire en matière d'applications, nous travaillons avec vous pour fournir des solutions durables pour l'eau qui stimulent votre activité et ajoutent une grande valeur tout au long du cycle de vie de l'usine. Notre technologie et nos produits améliorent la performance des usines et garantissent qu'elles peuvent fonctionner de manière compétitive sur les marchés de l'eau actuels, tout en réduisant leurs coûts d'exploitation.

    Yokogawa prend en charge une large gamme d'applications de contrôle de l'eau dans les marchés de l'eau municipale et industrielle.

      

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  • En mer

    L'exploration et la production offshore exigent un temps de fonctionnement maximal dans des conditions difficiles. Les installations avec ou sans personnel ont besoin de systèmes intégrés de contrôle et de sécurité (ICSS) fiables avec des capacités de surveillance à distance avancées. Yokogawa dispose d'une technologie de pointe et d'une grande expérience dans l'exécution de projets offshore de toutes tailles et de tous niveaux de complexité d'automatisation.

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  • Energie

    Dans les années 1970, Yokogawa est entré dans le secteur de l'énergie avec le lancement du système de contrôle électrique EBS. Depuis lors, Yokogawa a poursuivi avec constance le développement de ses technologies et de ses capacités afin de fournir les meilleurs services et solutions à ses clients dans le monde entier.

    Yokogawa a exploité le réseau mondial de solutions énergétiques pour jouer un rôle plus actif sur le marché mondial dynamique de l'énergie. Cela a permis un travail d'équipe plus étroit au sein de Yokogawa, en rassemblant nos ressources mondiales et notre savoir-faire industriel. Les experts de Yokogawa dans le domaine de l'énergie travaillent ensemble pour apporter à chaque client la solution qui répond le mieux à ses besoins spécifiques.

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  • Exploration et Gaz

    L'industrie en amont comprend des activités offshore et onshore, notamment l'automatisation des têtes de puits, le fractionnement, la complétion et la séparation pour récupérer et préparer le pétrole brut et le gaz naturel souterrains ou sous-marins.

    Lorsque le pétrole est ramené à la surface, il doit être séparé avant d'être transporté. Les étapes de séparation primaire et secondaire distribuent généralement le flux de gaz, le flux d'eau et le flux de pétrole dans une séparation en trois phases. Le transport du gaz nécessite un gazoduc et peut inclure un processus de fractionnement en amont avant le transport. Les liquides peuvent être placés dans des réservoirs ou des pipelines et envoyés pour traitement, ce qui nécessite des mesures de niveau précises.

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  • Pétrole et Gaz (exploration et production)

    Yokogawa possède une grande expérience dans tous les domaines du pétrole et du gaz, des installations offshore et onshore aux pipelines, terminaux et opérations en eaux profondes. Nous fournissons des solutions qui améliorent la sécurité, garantissent un fonctionnement précis et fiable et augmentent l'efficacité des installations.

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  • Traitement de Eaux Usées

    Les stations d'épuration utilisent de nombreux moteurs, pompes, soufflantes, etc., et il est donc important de réduire leur consommation d'électricité afin de réduire les coûts d'exploitation. Yokogawa propose des solutions de contrôle optimales pour améliorer l'efficacité énergétique.
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  • Traitement des eaux

    Yokogawa provides optimum solutions to improve the reliable operation of water treatment plants. These solutions include sophisticated technologies, unsurpassed product quality, and extensive application know-how throughout the lifecycle.

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Les produits et solutions liés

  • FAST/TOOLS

    Originating as the Flexible Advanced System Techniques (FAST) project, FAST/TOOLS today is a comprehensive, fully-integrated SCADA application suite. Powerful and flexible, FAST/TOOLS serves installations ranging from 50-point unit processes to multimillion-point offshore production and pipeline systems that extend over thousands of miles.

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  • FCJ All-in-one PLC/RTU

    The brick type model FCJ autonomous controller fulfills the basic requirements of the utility control. It also provides the reliability for the SCADA communication with network redundant capability.

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