Funciones de Comunicación Modbus Totalmente Integrados en un STARDOM PLC/RTU

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.

Industrias

  • Agua y agua residual

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  • Altamar (FPSO, FSRU y FLNG)

    La exploración y producción en altamar requiere máximo tiempo de funcionamiento en condiciones muy duras. Las instalaciones tripuladas y no tripuladas necesitan sistemas integrados de control y seguridad (ICSS) fiables con capacidades avanzadas de monitorización remota. Yokogawa cuenta con tecnología de última generación y una amplia experiencia en la ejecución de proyectos en altamar de todos los tamaños y niveles de automatización de complejidad.

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  • Bocas de pozo y separación

    La boca de pozo proporciona la interfaz estructural y la presión que contiene para el equipo de perforación y producción. El control de la presión superficial es proporcionado por un ensamble de válvulas con medidores y obturadores (árbol de Navidad), que se instala en la parte superior de la boca de pozo. Las válvulas de aislamiento y los equipos de obstrucción controlan físicamente el flujo de los fluidos del pozo cuando el pozo está en producción. Varios paquetes de automatización se añaden al monitor local o remoto, controlan y optimizan la producción de cada pozo o almohadilla de múltiples pocillos. Los separadores de campos petroleros emplean un recipiente a presión para separar así los fluidos producidos en los pozos de petróleo y gas en componentes gaseosos y líquidos que se transfieren a continuación a las tuberías o almacenamiento localizados en función de la infraestructura de las zonas.

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  • En cubierta

    Al igual que su equivalente en tierra, el procesamiento y manejo en cubierta en las plataformas de producción preparan hidrocarburos extraídos para transportación. Yokogawa ofrece soluciones de control integrado y de monitoreo que maximizan la productividad y la disponibilidad de las operaciones en cubierta.

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  • Energía

    A mediados de la década de 1970, Yokogawa inició su participación en el negocio de la energía con el lanzamiento del Sistema de control eléctrico EBS. Desde entonces, Yokogawa ha continuado firmemente con el desarrollo de nuestras tecnologías y capacidades para proveer los mejores servicios y soluciones a nuestros clientes en todo el mundo.

    Yokogawa ha operado la red de soluciones de energía globales para jugar un papel más activo en el dinámico mercado de energía global. Esto ha hecho un posible un trabajo en equipo más unido dentro de Yokogawa, el cual conjunta nuestros recursos globales y nuestra especialización en la industria. Los expertos en el sector de energía de Yokogawa trabajan juntos para brindar a cada cliente la solución que se adapta mejor a sus requerimientos sofisticados.

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    La industria de exploración, desarrollo y producción incluye actividades en altamar y terrestres, como la automatización de bocas de pozo, el fraccionamiento, la terminación y la separación para recuperar y preparar petróleo crudo y gas natural subterráneos o submarinos.

    A medida que el petróleo es llevado a la superficie, debe ser separado antes de su transportación. Las etapas de separación primaria y secundaria distribuyen comúnmente el flujo de gas, el flujo de agua y el flujo de aceite en tres fases. El movimiento del gas requiere ductos y puede incluir un procedimiento de fraccionamiento en la etapa de exploración, desarrollo y producción antes de su desplazamiento. Los líquidos se pueden colocar en tanques o tuberías y ser enviados para su procesamiento, que requieren mediciones de nivel precisas.

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    Yokogawa posee un caudal de experiencia en cada parte del negocio del petróleo y el gas, desde instalaciones en altamar y terrestres hasta ductos, terminales y operaciones en aguas profundas. Proveemos soluciones que mejoran la seguridad, garantizan una operación precisa y confiable y aumentan la eficiencia de la planta.

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    La unidad de Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO) es una planta de producción flotante en altamar que almacena tanto el equipo de procesamiento como los hidrocarburos producidos. Las unidades de Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO) son utilizadas por las compañías petroleras para lograr que sea económicamente viable producir petróleo en zonas remotas y en aguas más profundas.

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  • Terrestre

    La industria de exploración, desarrollo y producción terrestre se enfrenta a exigencias cada vez más altas y mayores desafíos con entornos cada vez más difíciles y hostiles en las que debe funcionar.

    A medida que las oportunidades de los recursos de gas natural no convencionales, en particular el gas de esquisto, están creciendo en América del Norte, la solución total de Yokogawa juega un papel importante al ayudar a los clientes a satisfacer los desafíos de reducir tanto el CAPEX como el OPEX, mientras que las tecnologías integradas mejoradas aumentan la producción. Nuestra experiencia global y local constituye la base de nuestras soluciones totales únicas para satisfacer las necesidades de esta industria. Con expertos en exploración, desarrollo y producción terrestre que trabajan en oficinas por todo el mundo, ofrecemos un soporte rápido y extenso para satisfacer las demandas de nuestros clientes.

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    Yokogawa ofrece soluciones óptimas para mejorar el funcionamiento confiable de las plantas de tratamiento de agua. Estas soluciones incluyen tecnologías sofisticadas, una calidad del producto sin igual y la extensiva aplicación de conocimientos a lo largo de todo el ciclo de vida.

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  • Tratamiento de aguas residuales

    Las plantas de tratamiento de aguas residuales utilizan muchos motores, bombas, ventiladores, etc., y es importante reducir su consumo de electricidad con el fin de reducir los costos de operación. Yokogawa ofrece soluciones óptimas de control para mejorar la eficiencia energética.

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    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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