Fully Integrated Modbus Communication Functions on STARDOM PLC/RTU

Download (1.3 MB)

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.

Industrieën

  • Afvalwater behandeling

    Afvalwaterzuiveringsinstallaties gebruiken veel motoren, pompen, blowers, enz. . Daarom is het belangrijk om hun elektriciteitsverbruik te verminderen en zo de bedrijfskosten te verlagen. Yokogawa levert optimale besturingsoplossingen om de energie-efficiëntie te verbeteren.

    Meer
  • Energie

    Halverwege de jaren zeventig deed Yokogawa zijn intrede in de energiebranche met de introductie van het EBS Electric Control System. Sindsdien is Yokogawa gestaag doorgegaan met de ontwikkeling van technologieën en mogelijkheden om onze klanten wereldwijd de beste diensten en oplossingen te bieden.

    Yokogawa zet het internationale Network Power Solutions (NPS) in om een actievere rol te spelen in de dynamische wereldwijde energie markt. Dit heeft nauwere samenwerking binnen Yokogawa mogelijk gemaakt, waarbij onze wereldwijde middelen en industriële knowhow worden samengebracht. Yokogawa's experts in de energie-industrie werken samen om elke klant de oplossing te bieden die het beste past bij hun geavanceerde wensen.

    Meer
  • Offshore (FPSO FLNG & FSRU)

    Offshore exploratie en productie vereist maximale uptime onder zware omstandigheden. Bemande en onbemande installaties hebben behoefte aan betrouwbare geïntegreerde controle- en veiligheidssystemen (ICSS) met geavanceerde mogelijkheden voor bewaking op afstand. Yokogawa beschikt over ultramoderne technologie en uitgebreide ervaring in de uitvoering van offshore projecten van elke omvang en complexiteit van de automatisering.

    Meer
  • Olie & gas

    Yokogawa heeft diepgaande ervaring in elk deel van de olie- en gasindustrie. Van offshore- en onshore-installaties tot pijpleidingen, terminals en diepwateractiviteiten. Wij leveren oplossingen die de veiligheid verhogen, een nauwkeurige en betrouwbare werking garanderen en de efficiëntie van de installatie verhogen.

    Meer
  • Upstream olie & gas

    De upstream-industrie omvat offshore- en onshore-activiteiten, waaronder automatisering van boorputten, raffinage, voltooiing en scheiding om ondergronds of onder water ruwe olie en aardgas te winnen en te bewerken.

    Wanneer aardolie naar de oppervlakte wordt gebracht, moet het worden gescheiden voordat het wordt vervoerd. Primaire en secundaire scheidingsfasen verdelen gewoonlijk de gasstroom, waterstroom en oliestroom in een driefasen scheiding. Voor het vervoer van gas is een pijpleiding nodig en kan een raffinageproces in de upstream fase voorafgaand aan het vervoer plaatsvinden. Vloeistoffen kunnen via tanks of pijpleidingen voor verwerking worden verzonden, waarbij nauwkeurige niveaumetingen vereist zijn.

    Meer
  • Water en afvalwater

    Waterbronnen zijn eindig en daarom is het bijdragen aan een duurzame watercyclus een van de duurzame ontwikkelingsdoelen (SDG's). Yokogawa levert al jaren geavanceerde digitale besturingsoplossingen voor de stabiele levering van schoon en veilig water en de behandeling van afvalwater ter bescherming van het watermilieu. Maar ook het beheren van waterverliezen en de optimalisatie van de werking van installaties ter vermindering van de CO2-uitstoot en de bedrijfskosten.

    Yokogawa ondersteunt een breed scala aan waterbesturingstoepassingen in zowel waterschappen als de industriële watermarkt. Met onze toonaangevende technologieën, betrouwbare producten, uitgebreide expertise en ervaring met diverse waterprojecten over de hele wereld, werken wij met u samen om duurzame wateroplossingen te bieden die uw bedrijf een impuls geven en waarde toevoegen gedurende de gehele levenscyclus van de installatie.

    Meer
  • Waterbehandeling

    Yokogawa levert optimale oplossingen om de betrouwbare werking van waterbehandelingsinstallaties te verbeteren. Deze oplossingen omvatten geavanceerde technologieën, onovertroffen productkwaliteit, en uitgebreide applicatie kennis gedurende de gehele levenscyclus.

    Meer

Gerelateerde producten & oplossingen

  • 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.

    Meer
  • Process Control PLC/RTU

    Van procesinstallaties tot afgelegen locaties, de procesbesturings-PLC en Remote Terminal Unit (RTU) helpen gebruikers de operationele excellence te maximaliseren.

    Meer

Top