Modbus Communication for Slow ControllerINTER‐CONTROLLER  COMMUNICATION

AgendaIntroduction

Standard Protocols

What is Modbus?

Modbus in Detail

Comparison Modbus and OPC

Implementation of Modbus for Siemens PLC

Security in Modbus

Conclusion

IntroductionSlow controller (PLC) and Fast Controller(PXIe) system are the two key controllers of Local control unit for the Gyrotron system. 

All auxiliary systems and power supplies are to be controlled by PLCs. Sequence control and soft interlock functions are to be implemented in PLCs.

High voltage and Magnet power supplies, Fast Local Protection and Data Archiving are performed by Fast Controller.  

Hence, Many process variables will be exchanged between slow and fast controller for the operation of Gyrotron. So Standard communication protocols will be used for the same.  

In this presentation, various protocols available are mentioned and Compared. Finally Modbus communication is discussed mainly. 

Available Protocols OLE for Process Control (OPC)

Modbus Communication 

Direct Access

Standard

Non‐Standard

Industrial Communication (Modbus)

Direct Access

OPC

What is Modbus?It is simple, reliable and efficient Communication protocol across a variety of controllers. 

Application layer messaging protocol for client/server communication between devices connected on different types of buses or networks

Server/Client protocol and offers services specified by function codes. 

(Client) (Server)

MODBUSMODBUS

RS485RS485

RS232RS232

TCP/IPTCP/IP

MODBUS TCP•MODBUS TCP is Client/Server serial communication that uses TCP/IP as a transmission medium

•The client establishes a connection and sends request frames to the server. The server processes this request and sends the appropriate answer to the request back to the client.

•The MODBUS protocol defines a simple Protocol Data Unit (PDU) independent of the underlying communication layers. The mapping of MODBUS protocol on specific buses or network can introduce some additional fields on the Application Data Unit (ADU).

MODBUS Data Types

Modbus TCP Implementation in STEP‐7For Siemens PLC, Modbus can be implemented in ◦ Integrated CPU PN Port◦ Extra Communication Processor PN Port(CP‐343‐1 Lean)

Siemens provides additional function blocks for Modbus TCP via PN CPU. These blocks are to be purchased and licensed for one particular CPU only. ◦ FB102, FB103,FB104,FB105, DB2

These blocks are then to be configured as per the user application.  ◦ Server or Client, ◦ Local IP and Port settings◦ Memory area allotment in CPU◦ Data Types of Variables to be exchanged

Siemens PLC, as an Modbus server, defines a stack of memory area where all incoming and outgoing data will be stored. 

Program Structure

Modbus Parameter Settings

Test of Communication : PLC ServeroData which is to betransferred is stored inDBs.

Similar, Data fromOther controller isstored here in thesame DBs at particularaddress

PLC is set as ModBUSserver at IP address192.168.23.239 andPort No. 502

Variable to be Communicated

MODBUS Connection Settings

Test of Communication : PC ClientoThis is computerbased Modbusclient. But it couldbe any othercontroller capableof Modbuscommunication.

ComparisonParameters OPC Server Modbus TCP

Open standard Open Protocol

Extra Software 1. Vendor dependent servers are available

1. No special software needed

Use of PC 2. Use of PC is needed to install it. PLC talks to OPC server PC and then PC talks to FC

1. No PC is Required. PLC directly talks to FC

Security 3. Less as OPC server can access any memory area of PLC e.g. input, output, internal registers w/o any information to PLC CPU. 

1. Only those data which PLC intentionally wants to transfer are accessed by remote controllers. PLC knows what it is sharing with other controller

Continued…Parameters OPC Server Modbus TCP

Operating Systems Windows based standard ‐

Amount of work Quite less More, so suitable for one time installation

Flexibility and upgradability Quite Simple Much effort needed. 

Application dependency? Independent of process Application 

Dependent of process application.

Debugging? What data available, in which form, at what place available

More effort needed. 

Cost High, depends on no. of tags,  Quite less, no variable limitation

SummaryMODBUS is open protocol which can be used across variety of networks and between variety ofcontrollers and/or PC

Even though it is inferior to OPC standard communication, but for small amount of processvariables exchange directly between two controllers, this protocols can be adopted whicheliminates need of OPC computer application.

Time and speed response of Modbus is comparable to that of OPC communication (~100ms)

Additional Modbus Blocks from Siemens need to be purchased and can be used for oneparticular CPU only.