Modbus協(xié)議已廣泛運(yùn)用于自動(dòng)化應(yīng)用。ModbusRTU設(shè)備因部署和故障排查簡(jiǎn)便且成本低，使用者頗多。

然而，隨著越來(lái)越多的工業(yè)化應(yīng)用改用以太網(wǎng)，許多系統(tǒng)將ModbusTCP應(yīng)用于控制室的SCADA上位機(jī)，導(dǎo)致ModbusRTU協(xié)議與ModbusTCP協(xié)議之間出現(xiàn)通訊問(wèn)題。

此系列問(wèn)題整理了Modbus轉(zhuǎn)換的常見(jiàn)問(wèn)題，我們將按期推出，敬請(qǐng)關(guān)注。

本期問(wèn)題：為了把ModbusRTU串口設(shè)備連接到以太網(wǎng)，需要使用特定的協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)嗎?只用一個(gè)串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器可以做到嗎?

在解決這個(gè)問(wèn)題前，首先您要了解您想在SCADA上位機(jī)上使用哪個(gè)Modbus驅(qū)動(dòng)程序。您有4個(gè)選擇：

●SCADA上位機(jī)配備ModbusTCP驅(qū)動(dòng)程序;

●SCADA上位機(jī)配備ModbusRTU驅(qū)動(dòng)程序，且有內(nèi)置串口;

●SCADA上位機(jī)配備ModbusRTU驅(qū)動(dòng)程序，無(wú)內(nèi)置串口;

●SCADA上位機(jī)配備以太網(wǎng)封裝驅(qū)動(dòng)程序。

01.SCADA上位機(jī)配備ModbusTCP驅(qū)動(dòng)程序

這種情況下，請(qǐng)使用協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。有了網(wǎng)關(guān)，您就可以使用ModbusTCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)與ModbusRTU設(shè)備的通訊。

在自動(dòng)化領(lǐng)域，有許多“Modbus網(wǎng)關(guān)”解決方案支持通過(guò)ModbusTCP協(xié)議連接ModbusTCPslave設(shè)備。當(dāng)網(wǎng)關(guān)收到ModbusTCP請(qǐng)求后，它會(huì)將報(bào)文包轉(zhuǎn)換為一個(gè)ModbusRTU報(bào)文包，并即刻傳輸至ModbusRTU設(shè)備。

02.SCADA上位機(jī)配備ModbusRTU驅(qū)動(dòng)程序，且有內(nèi)置串口

如果您只是想要把現(xiàn)有的SCADA上位機(jī)和ModbusRTU設(shè)備連接到以太網(wǎng)，可選擇此方案。如果您現(xiàn)有的SCADA上位機(jī)帶有內(nèi)置串口，一對(duì)網(wǎng)關(guān)就可以幫您解決問(wèn)題。

如圖中拓?fù)渌?，網(wǎng)關(guān)可以將ModbusRTU報(bào)文包轉(zhuǎn)換為ModbusTCP報(bào)文包，然后再轉(zhuǎn)換回ModbusRTU報(bào)文包。但是，如果您的SCADA上位機(jī)上沒(méi)有內(nèi)置串口，這個(gè)解決方案就不適用了，請(qǐng)您考慮選項(xiàng)3。

03.SCADA上位機(jī)配備ModbusRTU驅(qū)動(dòng)程序，無(wú)內(nèi)置串口

如果您想使用現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)和設(shè)備，但是您的SCADA上位機(jī)又沒(méi)有內(nèi)置串口，則可以使用“串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器”，為連接串口設(shè)備的遠(yuǎn)程串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器上的串口建立一個(gè)“虛擬COM口”。

這一配置可以讓您通過(guò)串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器訪問(wèn)遠(yuǎn)程串口設(shè)備，如同SCADA上位機(jī)本身就有一個(gè)COM口。串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器將在您的SCADA上位機(jī)上安裝“虛擬COM口驅(qū)動(dòng)”，來(lái)創(chuàng)建一個(gè)“虛擬COM口”。

為啟用虛擬COM口，請(qǐng)務(wù)必將您的串口服務(wù)器配置為“虛擬COM”模式。所有傳送至這個(gè)虛擬COM口的數(shù)據(jù)，都將轉(zhuǎn)送至串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的遠(yuǎn)程串口。

所有調(diào)制解調(diào)器信號(hào)發(fā)送的指令，也會(huì)得到同樣的處理。您可以像使用本地自帶COM口一樣使用這一虛擬COM口，所以您可以直接將ModbusRTU請(qǐng)求傳送到COM口，就像有一個(gè)真實(shí)的COM口存在。

04.SCADA上位機(jī)配備以太網(wǎng)封裝驅(qū)動(dòng)程序

您的SCADA上位機(jī)上沒(méi)有內(nèi)置串口，您又不想安裝“虛擬COM口”驅(qū)動(dòng)程序，您可以考慮使用“以太網(wǎng)封裝”驅(qū)動(dòng)程序。但是您的SCADA軟件必須能夠支持“以太網(wǎng)封裝”驅(qū)動(dòng)程序，而事實(shí)往往并非如此。

一般來(lái)說(shuō)，如果您對(duì)串口和TCP/IP有深入的了解，那么“以太網(wǎng)封裝”驅(qū)動(dòng)程序會(huì)是最佳選擇。

對(duì)于本方案，您需要一個(gè)可選“原始套接字模式”或“隧道模式”的“串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器”。這樣一來(lái)，當(dāng)SCADA將ModbusRTU報(bào)文包發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備時(shí)，上位機(jī)和串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器之間無(wú)需任何協(xié)議，就可以通過(guò)透明的TCP/IP或UDP通訊來(lái)連通。

由于ModbusRTU使用區(qū)間超時(shí)來(lái)決定報(bào)文包的終端，因此串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器必須配置得當(dāng)。如果ModbusRTU報(bào)文包被分成了兩個(gè)或以上的TCP/IP或UDP報(bào)文包，可能會(huì)造成通訊問(wèn)題。

如果您不能恰當(dāng)處理串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器與以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之間的報(bào)文傳輸，那么網(wǎng)關(guān)解決方案(選項(xiàng)2)或虛擬COM驅(qū)動(dòng)解決方案(選項(xiàng)3)可能更適合您。

盡管串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器也能把ModbusRTU設(shè)備接入以太網(wǎng)，網(wǎng)關(guān)解決方案(選項(xiàng)2)卻幾乎可以滿足任何系統(tǒng)的要求。您的上位機(jī)必須支持ModbusTCP連接，但這不是問(wèn)題，因?yàn)镸odbusTCP很受歡迎，已得到廣泛使用。在下列情況下，您需要使用特定的網(wǎng)關(guān)解決方案：

1.Master設(shè)備多或冗余

以太網(wǎng)不僅支持遠(yuǎn)程訪問(wèn)連接，還支持同時(shí)建立多個(gè)連接。多數(shù)網(wǎng)關(guān)最多可支持32個(gè)連接接入，這就意味著最多可以有32臺(tái)SCADA上位機(jī)同時(shí)訪問(wèn)ModbusRTU設(shè)備。

在這種情況下，串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器很難提供網(wǎng)絡(luò)冗余，因?yàn)槎鄶?shù)串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器不支持連接多個(gè)master設(shè)備，但是使用網(wǎng)關(guān)就不會(huì)有這個(gè)問(wèn)題。

2.多個(gè)ModbusRTU設(shè)備使用單一連接

有時(shí)您可能想通過(guò)與SCADA上位機(jī)建立單一連接來(lái)查詢多個(gè)ModbusRTU設(shè)備。這時(shí)，網(wǎng)關(guān)是唯一可以處理路由機(jī)制的解決方案。

您可以使用多串口網(wǎng)關(guān)，經(jīng)過(guò)配置后確保網(wǎng)關(guān)根據(jù)特有的slaveID將Modbus請(qǐng)求傳達(dá)給正確的串口。而串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器無(wú)法滿足如此復(fù)雜的要求。

舊的ModbusRTUHMI和新的ModbusTCPSCADA同時(shí)訪問(wèn)設(shè)備

盡管以太網(wǎng)連接能提供易于部署的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，但有時(shí)您可能想要保留現(xiàn)有的本地HMI連接。問(wèn)題是設(shè)備上的串口已經(jīng)與網(wǎng)關(guān)連接，所以沒(méi)有多余的串口可以用來(lái)連接HMI。

在這種情況下，一些網(wǎng)關(guān)提供的“串口重定向”可以為您解決這一問(wèn)題?！按谥囟ㄏ颉迸c路由器非常相似，依靠這一功能，網(wǎng)關(guān)就可以根據(jù)slaveID在不同的串口間傳輸請(qǐng)求。

總結(jié)

Conclusion

對(duì)于串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)通訊，有多種不同的解決方案。一些解決方案相當(dāng)簡(jiǎn)單，比如采用透明模式進(jìn)行串口和以太網(wǎng)端口間的數(shù)據(jù)傳輸，但是如果您需要處理Modbus等工業(yè)協(xié)議，那么選用特定網(wǎng)關(guān)通常會(huì)是一個(gè)更好的選擇。特定網(wǎng)關(guān)可以長(zhǎng)期提供穩(wěn)定通訊，并且可以識(shí)別Modbus報(bào)文包進(jìn)而恰當(dāng)處理整個(gè)報(bào)文包。