Moduł komunikacyjny Logo! CIM Logo!-CIM

28.02.2025

Moduł komunikacyjny Logo! CIM

LOGO! Siemensa to sterowniki doskonale znane inżynierom automatyki przemysłowej. Istnieją na rynku od wielu lat. W tym czasie powstało kilka ich wersji oraz bogaty zestaw modułów komunikacyjnych oraz modułów rozszerzeń, przeznaczonych do specyficznych zastosowań. Na tym zresztą opiera się idea LOGO!. Dołączając do systemu odpowiednio dobrane moduły można tworzyć aplikacje automatyki o niemal nieograniczonych możliwościach. Dzięki prostej budowie i łatwej obsłudze, moduły mają dobrą opinię, zarówno wśród projektantów systemów, jak i ich użytkowników.

Charakterystyka ogólna modułu

Jednym z modułów rodziny sterowników LOGO! jest LOGO! CIM, czyli moduł interfejsu komunikacyjnego. Aktualnie dostępna jest nowa wersja CIM 1.1. Moduł jest przeznaczony do aplikacji wymagających komunikacji między wieloma punktami, nawet odległymi od siebie. Używane są do tego różnorodne interfejsy (RS232, 422, 485) i protokoły komunikacyjne (Modbus TCP, RTU). W module zawarto 4 porty switcha ethernetowego. Możliwa jest również integracja z GPS-em pozwalająca określać lokalizację stanowiska. Kompletne dane techniczne można znaleźć na stronie https://www.siemens.com/pl/pl/produkty/automatyka/systemy/simatic-controllers/logo.html.

Rys. 1.

Łączność w chmurze modułu LOGO! CIM

Moduł LOGO! CIM 1.1 w połączeniu ze sterownikami LOGO! 8.4 zapewnia kompleksową łączność w chmurze lub prowadzenie otwartej komunikacji MQTT. W ten sposób zapewniony jest łatwy i pewny dostęp do aplikacji. Protokół MQTT jest wprawdzie przewidziany do zastosowań, w których przepustowość łącza komunikacyjnego nie ma krytycznego znaczenia, ale w wielu przypadkach sprawdza się doskonale. Takie zastosowania to połączenia maszyna-maszyna i duża część aplikacji Internetu Rzeczy (IoT) oraz wszelkie rozwiązania wymagające oszczędnego gospodarowania energią.

Inną korzyścią wynikającą ze współpracy ze sterownikami LOGO! 8.4 jest wysyłanie wiadomości e-mail, umożliwiających skonfigurowanie systemu powiadomień wyzwalanych przez dane rejestrowane przez sterownik. O sposobach wykorzystania tej funkcji decyduje w tym przypadku tylko wyobraźnia projektanta systemu.

Przykładowa aplikacja

Siemens udostępnia interesującą aplikację pokazującą jak niewielkim nakładem sił i przy bardzo małych kosztach można zrealizować poważne wyzwanie, czyli sterowanie elektrownią szczytowo-pompową. Jest to wprawdzie model elektrowni, ale prezentowane rozwiązanie może być zastosowane w wielu innych, podobnych przypadkach.

Oparte jest na dwóch sterownikach LOGO! współpracujących z modułami LOGO! CIM, działającymi w sieci VPN za pośrednictwem ogólnie dostępnej sieci komórkowej. W tym przypadku moduły LOGO! CIM komunikują się ze sobą przez Internet, w którym rolę tunelu VPN pełni SGLAN (Secured Globar Local Area Network). W każdym urządzeniu musi być zainstalowana karta SIM.

Komunikacja przez tak utworzoną sieć wymaga przydzielenia odpowiednich funkcji każdej stacji. Jeden moduł musi więc być skonfigurowany jako Serwer, drugi jako Klient.

Rys. 2.

Zasada działania elektrowni szczytowo-pompowej polega na tym, że w jej dyspozytorni wypracowywana jest informacja o aktualnym regionalnym zapotrzebowaniu na energię elektryczną przez jej odbiorców. Jeśli sieć pokrywa zapotrzebowanie odbiorców, dyspozytornia elektrowni włącza pompy przepompowujące wodę ze zbiornika dolnego do górnego, położonego np. 100 metrów wyżej. Oczywiście poziom wody w zbiorniku górnym musi być stale kontrolowany, aby go nie przelać. W chwili, gdy dyspozytornia elektrowni dostaje informację o niedoborach energii w sieci ogólnej, co często występuje w godzinach szczytu, uruchomia spust wody ze zbiornika górnego do dolnego. Spadająca woda napędza turbiny elektrowni, które wytwarzają brakującą energię doprowadzaną do sieci ogólnej.

Podstawowe funkcje są monitorowane i sterowane za pomocą sterowników LOGO! zainstalowanych na obu stacjach: górnej i dolnej. Wymianę informacji między nimi zapewniają moduły LOGO! CIM. Informacje o stanie energetycznym i poziomach wody w obu zbiornikach zapisywane są co minutę w sterowniku na stacji górnej. Wykorzystywany jest do tego „DataLog” z LOGO! V8.4 poprzez LOGO! Web Server lub oprogramowanie inżynierskie LOGO! Soft Comfort V8.4. Tak wypracowane informację mogą być zapisywane w pliku CSV i dalej przetwarzane na komputerze PC.

Zintegrowany serwer WWW w LOGO! 8 ,oprócz wyświetlania komunikatów tekstowych, oferuje możliwość tworzenia własnych stron internetowych, umożliwiających przejrzystą obsługę złożonych systemów, włączając sterowanie za pośrednictwem sieci.

Do realizacji opisanego projektu konieczne jest jeszcze zastosowanie dwóch modułów zasilaczy LOGO! POWER, dwóch modułów przekaźników LOGO! 12/24 RCE i modułu wyświetlania informacji tekstowych LOGO! TDE Text Display. Tak utworzony system wymaga skonfigurowania sieci i działających w nim modułów. Można tego dokonać za pomocą dostarczanego przez Siemensa oprogramowania LOGO! Soft Comfort V8.4. Definiuje się w nim moduły tworzące sieć oraz zależności i połączenia między nimi. Dzięki specjalnemu edytorowi, używającemu elementów graficznych, wszystkie czynności są względnie łatwe. Na podobnej, graficznej zasadzie tworzone jest oprogramowanie sterowników bazowych, co jest standardową metodą przyjętą dla urządzeń LOGO!, a także w podobnych sterownikach innych firm. Przed ostatecznym zaprogramowaniem urządzeń, program może być dokładnie przesymulowany na wirtualnych elementach projektu.

Rys. 3.

Przykładowy program dla górnej stacji pokazano na rys. 3. W programie wykonywane są obliczenia wszystkich parametrów niezbędnych do sterowania pompami, a na ich podstawie są wypracowywane polecenia uruchamiania lub zatrzymywania pomp. W sekcji 5 został zdefiniowany alarm uruchamiany po przekroczeniu limitów minimalnego lub maksymalnego poziomu napełnienia zbiornika górnego. Jak widać, uruchamiane są wówczas odpowiednie sygnały logiczne i zapalana czerwona lampka na pulpicie. Na podobnej zasadzie należy stworzyć oprogramowanie sterownika dolnego zbiornika.

Niezależnie od informacji wyświetlanych na lampkach, operator dostaje komunikaty tekstowe wyświetlane przez moduł TDE, informujące o aktualnym stanie systemu i podejmowanych działaniach. Używając tego modułu użytkownik może ponadto wprowadzać wszystkie parametry związane z obsługą elektrowni.

Komunikacja z użyciem web serwera

Przed uruchomieniem komunikacji należy skonfigurować każdą stację działającą w systemie tak, aby miała dostęp do web serwera. Korzystamy przy tym z oprogramowania LOGO! Soft Comfort V8.4. Konieczne jest wprowadzenie hasła, do czego wystarczy podwójne kliknięcie lewym przyciskiem myszki na elemencie graficznym symbolizującym dane urządzenie w oknie konfiguracyjnym. Następnie należy wprowadzić IP stacji i ewentualnie parametry protokołu Modus, jeśli jest używany.

Kolejną czynnością jest konfiguracja serwera/klienta SGLAN, która obejmuje zdefiniowanie tunelu VPN między stacjami. Jak już wiemy, będą przez niego przesyłane dane między klientem a serwerem. Są to czynności wymagające pewnej wiedzy z zakresu konfigurowania sieci.

Po zakończeniu konfiguracji system uzyskuje pełną sprawność. Nasza elektrownia szczytowo-pompowa będzie działała bezobsługowo, a całe sterowanie przejmą dwa sterowniki LOGO! z modułami LOGO CIM i zasilaczami oraz modułem wyświetlania informacji tekstowych.

Inne zastosowania modułu komunikacyjnego LOGO! CIM

Moduły LOGO CIM w połączeniu ze sterownikami LOGO! mogą być stosowane w wielu aplikacjach zarówno przemysłowych, jak i użytkowych. Dobrym przykładem są układy automatyki smart home. Można sobie wyobrazić całą gamę układów wykonawczych takiego projektu, np. sterowanie ogrzewaniem, wykorzystujące pewien ustalony harmonogram włączania i wyłączania klimatyzacji, ogrzewania i wentylacji, z możliwością przejmowania zdalnej kontroli nad tymi urządzeniami za pomocą smartfona. Inne przykłady to: sterowanie wewnętrznym i zewnętrznym oświetleniem domu, podlewanie roślinności w przydomowym ogrodzie, utrzymywanie stabilnych warunków w saunie, sterowanie urządzeniami basenu domowego i wiele innych.

Powiadamianie SMS-owe w module LOGO! CIM

Przedstawiona wcześniej aplikacja sterowania małą elektrownią szczytowo-pompową pokazuje możliwości zdalnego sterowania układami automatyki za pośrednictwem modułów LOGO!, w tym modułu komunikacyjnego LOGO CIM. Nie zawsze jednak trzeba sięgać po aż tak zaawansowane aplikacje. W wielu przypadkach nie jest konieczne sterowanie urządzeniami, a wystarczy zwykłe powiadomienie użytkownika SMS-em o jakimś zdarzeniu zarejestrowanym przez LOGO!.

Wysyłanie SMS-ów jest możliwe po zainstalowaniu w LOGO CIM modułu LTE. Dobrym rozwiązaniem może być moduł SIM7600G-H-PCIE – moduł GNSS 4G LTE Cat-4 ze złączem Mini-PCIe dostarczany np. przez sklep KAMAMI.

Rys. 4.

Wysyłanie SMS-ów jest możliwe po umieszczeniu aktywnej karty SIM w gnieździe dostępnym po otwarciu górnej pokrywy LOGO CIM. Karta musi być aktywna, i należy zapewnić odpowiednie zasoby umożliwiające komunikację. Nie jest zalecane używanie kart przedpłacanych, które po wyczerpaniu zasobów natychmiast przestaną działać. Przykładowa aplikacja wysyłająca SMS została przedstawiona niżej.

Rys. 5.

W prostym układzie sekwencyjnym został zastosowany przerzutnik RS (B001), który jest sterowany dwoma sygnałami cyfrowymi reprezentowanymi przez bloki wejściowe I1 i I2. Chwilowe podanie stanu wysokiego na wejście I1 przy utrzymaniu I2 w stanie niskim powoduje ustawienie przerzutnika w stan wysoki. Jego wyjście jest połączone z cyfrowym blokiem wyjściowym QI sterującym lampką zainstalowaną na pulpicie testowanego urządzenia. Wyjście Q1 steruje z kolei wyjściem sieciowym NQ1, które będzie odpowiedzialne za wysyłanie SMS-ów. Do wyzerowania przerzutnika RS konieczne jest chwilowe podanie stanu wysokiego na wejście I2. Układ zawiera ponadto bloki Q2…Q4 sygnalizujące lampkami stany sygnałów wejściowych, przy czym Q4 uaktywnia się, gdy którekolwiek z wejść jest aktywne.

Przed rozpoczęciem korzystania z aplikacji konieczne jest wykonanie kilku czynności konfiguracyjnych modułu LOGO CIM. Dwukrotnie klikamy na obrazek LOGO CIM w aplikacji lub w przeglądarce internetowej wybieramy adres http://192.168.0.80.

Przede wszystkim należy sprawdzić, czy karta SIM została zainstalowana poprawnie i czy ma wystarczające zasoby (rys. 6).

Rys. 6.

Następnym ważnym elementem jest wprowadzenie danych o adresatach SMS-ów (rys. 8). Korzystamy z opcji „Contacts”. Wpisujemy tu własną nazwę adresata i numer telefonu komórkowego, na który będą wysyłane SMS-y.

Rys. 7.

W kolejnym kroku należy zdefiniować zmienne (jedną lub kilka), reprezentującą wymuszenie przenoszone z modułu bazowego do LOGO CIM. Definiujemy jej nazwę, typ danej i jej adresu oraz sam adres i wartość (rys. 8).

Rys. 8.

Teraz przyszła kolej na – można powiedzieć – najważniejszy krok, czyli zredagowanie samego SMS-a. Korzystamy z opcji „Messages” (rys. 10). Wprowadzamy nazwę SMS-a i jego treść. Możliwe jest zdefiniowanie wielu komunikatów, które będą wysyłane w określonych sytuacjach.

Rys. 9.

Do wysłania SMS-a konieczne jest jeszcze odpowiednie powiązanie danych. Korzystamy z opcji „Data Bindings”, a w niej ustawiamy nazwę danej, typ zdarzenia – w tym przypadku wybieramy opcję „value from 0 to 1” oznaczającą, że SMS ma być wysłany w chwili pojawienia się wymuszenia I1 ustawiającego przerzutnik RS, i tylko w takim przypadku, podajemy konfigurację zdarzenia (zdefiniowana wcześniej zmienna przycisk)¸ wskazujemy, który komunikat ma być wysłany po wystąpieniu tego zdarzenia i wskazujemy adresata SMS-a. Przełącznik „Enabled” powinien być oczywiście w pozycji aktywnej (rys. 10).

Rys. 10.

Ostatnią czynnością jest prawidłowe skonfigurowanie protokołu – w tym przypadku S7. Ten krok wymaga pewnej uwagi, gdyż trzeba prawidłowo wskazać funkcje modułów aplikacji, tj. określić, który z nich jest serwerem, który klientem oraz wprowadzić prawidłowe adresy i kierunki przepływu danych (rys. 11).

Rys. 11.

Na tym czynności konfiguracyjne kończą się. Teraz można już przesłać program do sterownika LOGO! (rys. 12) i korzystać z aplikacji.

Rys. 12.

Każdorazowe ustawienie przerzutnika RS powodowało wysłanie SMS-a na wskazany numer (rys. 13).

Rys. 13

Podsumowanie

Jak widać, istotną zaletą systemów automatyki opartych na sterownikach LOGO! jest możliwość łatwej rozbudowy w oparciu o dostępne moduły komunikacyjne, w tym LOGO! CIM. Pełną listę takich modułów można znaleźć na stronach Siemensa.