[MOXA] NPort W2250A以Pair Connection應用於RS-485串接時通訊異常

Case Brief

客戶現場以1台PLC作為Master，以RS-485串接的方式向另外2台Slave的PLC發起通訊，並利用MOXA NPort W2250A的Pair Connection Mode，將RS-485的實體串接線路轉換為無線通訊，架構如下圖所示；Master PLC的NPort W2250A的Port 1會與Slave 1 PLC的NPort W2250A的Port 1建立Pair Connection，Master PLC的NPort W2250A的Port 2會與Slave 2 PLC的NPort W2250A的Port 1建立Pair Connection，而RS-485訊號線則是在Master PLC的NPort W2250A進行串接。


在這個系統中，Master PLC的工作是輪詢Slave PLC的DI點位狀態，並將其ON/OFF狀態寫到自己的DO點位，這是種常見於工控領域中遠端設備控制的應用，例如當現場的設備產生告警時，要同時觸發遠端的中控室的蜂鳴器或警示燈；或者是透過控制端的介面，遙控遠端的機械設備；這類型的應用除了系統的穩定度之外，反應的即時性也是客戶在乎的重點。

而在這個案例中，系統經過半天到一天的運作後，Master PLC的反應會越來越慢，當Slave PLC的DI點位改變時，Master PLC需要好幾秒鐘的時間才會作動，造成操作人員無法準確的操作機械，對於客戶造成很大的困擾，這個系統也可以說是完全無法使用。

Cause Analysis

在了解問題與系統架構後，歸納出兩個需要測試釐清的重點：第一是PLC的程式是否正常，第二是無線通訊的品質是否良好；先以實體線路串接三台PLC，經過幾天的連續運行後，並沒有出現反應變慢的情況，據此可以斷定PLC的程式是正常的。

接著加入NPort W2250A進行測試，嘗試調整NPort W2250A的無線與序列通訊參數，以及將NPort W2250A改為使用乙太網路的NPort配合其他無線設備，經過多次的交叉測試，確認在無線與序列通訊品質穩定的條件下，依舊無法改善反應變慢的情況。

根據上述的測試得知，PLC的程式是正常的，而在NPort W2250A的無線與序列通訊的品質良好的情況下，只要透過NPort W2250A連接就會出現問題；這樣的結果意味著，真正的問題可能是在系統的架構上，而不是設備的設定，因此必須重新審視這個架構是否是正確的。

Solution

Pair Connection Mode是NPort眾多的Operation Mode之一，該模式讓兩台NPort可以透過LAN、WLAN、WAN為兩端的序列設備建立通訊，在無需更動原有的通訊介面與協定的情況下，利用網路延伸序列通訊的距離，讓序列通訊的架構變得更有彈性。

Pair Connection在原理與使用上相比其他Operation Mode相對單純，只要兩台NPort建立起Pair Connection後，在架構上就可以直接視為一條序列線；根據這個概念，可以將原本的架構圖進行簡化(Slave PLC的NPort的序列埠可以直接視為Slave PLC的序列埠，而Master PLC的NPort的序列埠因為要凸顯問題所在，所以未視為Master PLC的序列埠)，如下圖所示。


這樣很明顯的可以看出來，原始的架構並不是正確的RS-485串接線路，而是星型的並接線路，星型線路會造成訊號的反射，造成誤觸輸入端的比較器，使得輸入端收到錯誤的訊號，影響到RS-485訊號的正確性。

在了解問題發生的原因之後，開始進行架構的調整，首先建立Master PLC到Slave 1 PLC的連線；將Master PLC的NPort W2250A的Port 1與Slave 1 PLC的NPort W2250A的Port 1建立Pair Connection，並且將Master PLC與Slave 1 PLC的序列埠連接到各自的NPort W2250A的Port 1。

接著建立Slave 1 PLC到Slave 2 PLC的連線；因為NPort W2250A每個序列埠只能建立一個Pair Connection，所以使用Slave 1 PLC的NPort W2250A的Port 2與Slave 2 PLC的NPort W2250A的Port 1先建立Pair Connection，並且將Slave 2 PLC的序列埠與NPort W2250A連接。

完成Master PLC到Slave 1 PLC與Slave 1 PLC到Slave 2 PLC的連線後，最後就是將兩條線路進行串接，此時只需將Slave 1 PLC的NPort W2250A的Port 1的線路串接到Port 2；更新後的架構如下圖所示。


Master PLC與Slave 1 PLC透過NPort W2250A以Pair Connection連接，而Slave 1 PLC與Slave 2 PLC也透過NPort W2250A以Pair Connection連接，這兩條線路在Slave 1 PLC的NPort W2250A的Port 1進行串接；Slave 1 PLC的NPort W2250A的Port 1 可視為Slave 1 PLC自身的序列埠，而Port 2則視為一般NPort的序列埠，上面的架構圖依據這個概念簡化為下圖，可以看出新架構修正了之前錯誤的RS-485串接線路。


將修改後的架構進行多天的內部測試，確認PLC間的通訊未再出現反應變慢的情況；再將測試的結果與修改後的架構報告給客戶，經客戶同意後至現場修改了架構，終於徹底的解決了客戶過去使用系統的困擾。