Передача данных с одного ПЛК на несколько Alpha.Server одновременно

В данной статье подробно разбирается проблематика потери потока данных при классической настройке и приводится пошаговое руководство по правильной конфигурации системы на примере протокола Modbus TCP.

При классической настройке проекта в Alpha.DevStudio все серверы и ПЛК объединяются в одну общую логическую сеть (элемент Сеть Ethernet). Однако на практике часто используются контроллеры с ограниченным количеством одновременных подключений.

Аппаратная и программная архитектура таких ПЛК устроена так, что по одному физическому коммуникационному порту они способны передавать строго один поток данных строго одному получателю.

Из-за этого возникает следующая ситуация: первый подключившийся Alpha.Server забирает на себя все данные, а на второй (и последующие) серверы они попросту не попадают.

Для решения этой задачи в Альфа платформе предусмотрено несколько архитектурных и программных механизмов.

Способ 1: изоляция сетей и дублирование адаптеров (прямой опрос)

Чтобы обойти аппаратное ограничение ПЛК и обеспечить параллельный сбор данных напрямую, необходимо использовать метод разделения потоков путем дублирования сетей и адаптеров.

Среда Alpha.DevStudio обладает важным свойством: при построении решения логические адаптеры с одинаковым IP-адресом, подключенные к разным сетям, не вызывают конфликтов при компиляции. Разнося сетевые интерфейсы по разным изолированным веткам, мы искусственно создаем для каждого сервера-получателя свой собственный выделенный логический канал связи до одного и того же физического ПЛК.

Пошаговое руководство по настройке (Modbus TCP)

Рассмотрим процесс конфигурации детально. Обмен данными будет настроен с использованием коммуникационных модулей Опросчик Modbus TCP (со стороны сервера) и Станция Modbus TCP (со стороны ПЛК).

Шаг 1. Создание независимых сетей (уровень Alpha.Domain)

Вместо использования единой сети необходимо создать отдельные изолированные маршруты для каждого АРМа:

• ›перейдите в узел проекта Alpha.Domain и добавьте несколько независимых элементов Сеть Ethernet (назовем их Ethernet1 и Ethernet2).
• ›в узле первого АРМа (ARM1) настройте сетевой адаптер и подключите его строго к сети Ethernet1.
• ›в узле второго АРМа (ARM2) настройте адаптер и подключите его строго к сети Ethernet2.

Шаг 2. Настройка адаптеров на стороне ПЛК

Далее необходимо сымитировать наличие нескольких независимых интерфейсов у самого контроллера:

• ›перейдите в конфигурацию узла ПЛК (модуль ЦП) и добавьте несколько элементов Адаптер Ethernet (Eth1 и Eth2) — по количеству независимых сетей.
• ›подключите адаптер Eth1 к сети Ethernet1, а Eth2 — к Ethernet2.
• ›важно: в свойствах всех этих адаптеров укажите одинаковый IP-адрес вашего физического ПЛК (например, 172.16.145.57). Именно благодаря тому, что Eth1 и Eth2 смотрят в разные сети, Alpha.DevStudio пропустит одинаковые IP-адреса при компиляции без ошибок.

Шаг 3. Привязка логических станций к адаптерам

• ›перейдите в элемент Приложение внутри контроллера.
• ›добавьте общую карту адресов (Карта адресов Modbus), на которую будут ссылаться станции.
• ›создайте несколько логических станций Станция Modbus TCP (например, ModbusTcpSlave_503 и ModbusTcpSlave_504). В их свойствах укажите единую карту адресов.
• ›привяжите первую станцию к первому адаптеру (Eth1), а вторую станцию — ко второму адаптеру (Eth2).

Результат:

После компиляции проекта, в обработчике опроса (Опросчик Modbus TCP) на ARM1 будет доступна только одна станция — ModbusTcpSlave_503. А на ARM2 — только ModbusTcpSlave_504. Каждый Alpha.Server установит собственную независимую сессию с контроллером.

Способ 2: использование шлюза данных (проксирование)

Если ПЛК аппаратно слаб и не способен поддерживать изолированные логические сессии (или компоненты находятся в разных физических сетях), прямое подключение нескольких серверов к ПЛК не рекомендуется. В этом случае используется паттерн маршрутизации через шлюз.

Принцип работы: на компьютер, подключенный к сети ПЛК, добавляется Alpha.Server, который выступает в качестве шлюза данных (Proxy). Передача данных организуется по схеме Источник данных → Шлюз данных → Получатель данных.

• ›один «главный» сервер (шлюз) берет на себя единственный поток от ПЛК.
• ›другие серверы-получатели настраиваются на опрос не контроллера, а этого промежуточного сервера.
• ›для этого в Alpha.DevStudio получателям добавляется логический адаптер и ссылка на приложение источника, где в качестве шлюза выбирается промежуточный Alpha.Server.

Способ 3: применение Alpha.AccessPoint

В случае, когда под несколькими серверами подразумеваются клиентские АРМы операторов, установка полноценного Alpha.Server на каждый АРМ с прямым опросом ПЛК является избыточной и архитектурно неоптимальной мерой. Для этих задач в Альфа платформе создан специальный компонент — Alpha.AccessPoint.

Принцип работы: Alpha.AccessPoint выполняет роль сервера приложений и межуровневого транспорта. Он специально предназначен для того, чтобы ограничивать нагрузку, создаваемую множеством клиентов при прямых подключениях к серверам ввода/вывода.

Схема реализации:

• ›на нижнем уровне устанавливается один (или резервируемая пара) Alpha.Server, который опрашивает ПЛК.
• ›на АРМах операторов устанавливаются компоненты Alpha.AccessPoint, которые подключаются к Alpha.Server по внутреннему протоколу на базе TCP/IP (Alpha.Link).
• ›Alpha.AccessPoint объединяет адресное пространство серверов и предоставляет единую точку доступа для клиентских приложений (Alpha.HMI, Alpha.Trends).

Категоризация данных и защита ПЛК

Независимо от выбранного способа, Alpha.DevStudio предоставляет дополнительные инструменты защиты контроллеров от перегрузок и разделения потоков.

Логическое разделение потоков (категоризация)

Потоки данных можно разделять не только по разным физическим серверам, но и логически внутри одного соединения. Механизм категоризации данных позволяет разделить параметры одного ПЛК (например, «Давление» и «Температура») на разные группы. Добавив атрибут Категория данных к сигналам, вы можете пустить эти группы через разные логические адаптеры (коммуникационные модули, выступающие в роли опросчиков или клиентов) с разными периодами опроса, что позволяет реже опрашивать некритичные параметры и разгрузить ПЛК.

Настройка очередей в Modbus TCP Master

При работе с ПЛК важно правильно настроить параметры опросчика Modbus TCP Master на сервере:

• ›максимальное количество одновременных запросов: определяет число запросов на чтение/запись к устройству по одному каналу (по умолчанию 5). Снижение этого параметра убережет слабый ПЛК от DDoS-эффекта со стороны сервера.
• ›максимальный размер очереди приема данных: защищает сам сервер. При достижении лимита (по умолчанию 100 000 значений) опрос станций приостанавливается для обработки накопленного буфера.
• ›время ожидания ответа от станции: период (по умолчанию 1000 мс), по истечении которого счетчик неуспешных запросов увеличивается. Если ПЛК не успевает отвечать, этот таймаут следует увеличить.