通信與網(wǎng)絡(luò)：串行通訊服務(wù)器介紹及串行設(shè)備的遠(yuǎn)程連接應(yīng)用

  1  引言
　　隨著以太網(wǎng)交換技術(shù)的出現(xiàn)和工業(yè)級交換機(jī)的應(yīng)用，以太網(wǎng)在工業(yè)場合得到了迅速普及，越來越多的現(xiàn)場設(shè)備開始接入廠級管理系統(tǒng)。在實(shí)時(shí)性和確定性不斷得到提高的同時(shí)，以太網(wǎng)的普及已經(jīng)成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)不可阻擋的趨勢。這就使得在我們不僅要在新設(shè)備、新系統(tǒng)、新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)施中考慮以太網(wǎng)的問題，同時(shí)也開始關(guān)注一些老設(shè)備或者老系統(tǒng)與廠級管理系統(tǒng)的融合。

　　但我們往往遇到的問題是，大部分的老設(shè)備不能支持與以太網(wǎng)絡(luò)的連接。不是設(shè)備已經(jīng)處于淘汰階段，生產(chǎn)廠家不愿意投入相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā);就是新產(chǎn)品的開發(fā)和測試還沒有完成。本文將以串口服務(wù)器為例，介紹解決老設(shè)備如何與現(xiàn)存的以太網(wǎng)互聯(lián)的接入方法。

　　Compact 984是Schneider公司的前期PLC產(chǎn)品，由于其卓越的性能和可靠性在電力行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，也是世界上第一款可以實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備的產(chǎn)品。但隨著該公司對產(chǎn)品性能的不斷提升，該系列PLC已經(jīng)完全由Quantum系列所替代，目前已經(jīng)處于停產(chǎn)狀態(tài)。

　　在華東某電廠的灰控系統(tǒng)中，至今還有數(shù)套Compact在運(yùn)行，與上位計(jì)算機(jī)的連接采用的是MB+網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)安裝MB+通訊適配器SA85卡。SA85卡故障導(dǎo)致了上位監(jiān)控系統(tǒng)無法完成對分選系統(tǒng)的采集和監(jiān)控，并且由于貨期等原因無法在較短的時(shí)間內(nèi)使該部分功能恢復(fù)，所以我們開始尋求是否可以采用一種通用設(shè)備在短期內(nèi)完成該部分功能。所以串口服務(wù)器便成為了我們的首選方案。

　　所謂的串口服務(wù)器實(shí)際上是一種基于串口的IO SERVER，將傳統(tǒng)的RS-232、RS-485、RS-422等設(shè)備通過串口服務(wù)器連接到以太網(wǎng)絡(luò)中去，該設(shè)備不進(jìn)行協(xié)議分析，數(shù)據(jù)透明傳輸。

　　項(xiàng)目采用了北京海豚科技的3套串口服務(wù)器NC- 601B，將三套PLC設(shè)備連接到就近的以太網(wǎng)交換機(jī)，從而節(jié)省現(xiàn)場到控制監(jiān)視中心的遠(yuǎn)距離安裝。

網(wǎng)絡(luò)連接如圖1所示。
 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖1     網(wǎng)絡(luò)連接

　　2   串口通訊服務(wù)器介紹
　　2.1  概述
　　NC601B是單串口通訊服務(wù)器，串口為RS-232，RS-422和RS-485三合一串口，具體類型的切換通過軟件設(shè)置，以太網(wǎng)接口為10/100M自適應(yīng)網(wǎng)口，RJ45接頭。該設(shè)備采用了32位、100MHz的CPU，2M內(nèi)存，串口通訊速率最高可到460.8kbps。

　　NC601B的默認(rèn)IP地址為192.168.0.233，可以通過Telnet 192.168.0.233的方式或者直接通過IE瀏覽器對通訊服務(wù)器進(jìn)行配置。主要包括串口類型、工作模式、IP地址以及路由等的配置。

　　2.2  安全
　　既然是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，又可以通過Tetnet和IE方式瀏覽和更改配置，那么安全問題就不得不加以討論。可喜的是IO-Server也提供了包括自身管理和數(shù)據(jù)訪問權(quán)限在內(nèi)的一系列安全機(jī)制，如圖2所示:  
 

 

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2     IO-Server 的安全機(jī)制   
   
　　(1) 限制網(wǎng)上計(jì)算機(jī)進(jìn)入IO-Server設(shè)置和下載FIRMWARE。
　　●允許查找。是否能夠在計(jì)算機(jī)上使用upgrade.exe透過網(wǎng)絡(luò)搜索到IO-Server。
　　●允許下載FIRMWARE。是否能夠透過網(wǎng)絡(luò)更新IO-Server的固件版本。
　　●允許TELNET。是否允許計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)telnet 進(jìn)入IO-Server的設(shè)置。
　　●允許HTTP。是否允許計(jì)算機(jī)通過Web方式進(jìn)入IO-Server的設(shè)置。

　　(2) IP限制
　　通過IP地址限制網(wǎng)上計(jì)算機(jī)與IO-Server進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。每個(gè)IO-Server可以設(shè)置16組IP限制，并且可以指定每組IP地址對那個(gè)或那些串口有讀、寫和發(fā)送串口指令的權(quán)限。

　　(3) MAC限制
　　通過物理地址限制網(wǎng)上計(jì)算機(jī)與IO-Server進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，每個(gè)IO-Server可以設(shè)置32個(gè)MAC限制，一旦填入MAC地址，則IO-Server只接受指定的MAC地址發(fā)起的連接。

　　2.3  主要特點(diǎn)
　　(1) 提供TCP/UDP socket工作模式，包括服務(wù)端和客戶端;
　　(2) 每串口支持6個(gè)session;
　　(3) 提供網(wǎng)絡(luò)打包機(jī)制的設(shè)置;
　　(4) 支持SNMP agent;
　　(5) 網(wǎng)口網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP，UDP，ICMP;
　　(6) 應(yīng)用協(xié)議:Telnet, Rlogin，LPD，DNS;
　　(7) 安全協(xié)議:RADIUS PPP回?fù)埽琍AP，CHAP;
　　(8) 根據(jù)用戶，IP地址和MAC地址設(shè)定各種級別的權(quán)限;
　　(9) 提供WINDOWS NT/2000/XP下真實(shí)COM口驅(qū)動(dòng);
　　(10) 提供靜態(tài)路由設(shè)置;
　　(11) 通過flash ROM可方便地在線升級。

　　3  串行接口與連接
　　3.1  PLC通訊接口
　　所連接的PLC CPU型號(hào)為E984-265，除了一個(gè)MB+通訊口外，還有兩個(gè)Modbus接口。我們采用Modbus通訊口與SCADA系統(tǒng)通訊，該接口為RJ45接頭，引腳信號(hào)如圖3所示:

 

 

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3     引腳信號(hào)

　　3.2  通訊服務(wù)器接口
　　NC601B的串口是標(biāo)準(zhǔn)的9針公頭。本系統(tǒng)定義該端口為RS-232方式，即有一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)PC計(jì)算機(jī)一模一樣的串口。信號(hào)線定義如圖4所示:
 

 

 

 

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖4      信號(hào)線定義

　　3.3  PLC至通訊服務(wù)器的連接電纜
　　依據(jù)以上我們對PLC和通訊服務(wù)器的分析，我們制作連接電纜如圖5所示:
 

 

 

 

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖5     連接電纜

　　3.4  串行口端口設(shè)置
　　波特率:19200(Compact PLC支持的最大通訊速率);
　　數(shù)據(jù)位:8;
　　停止位:1;
　　校驗(yàn)方式:Even;
　　Modbus地址:1/2/3。

　　4  系統(tǒng)通訊參數(shù)
　　4.1  通訊服務(wù)器設(shè)置
　　通過IE瀏覽器(首次進(jìn)入通過默認(rèn)IP地址192.168.0.233)進(jìn)入通訊服務(wù)器配置頁面。依據(jù)PLC串行端口的配置完成通訊服務(wù)器對應(yīng)端口的配置，同時(shí)將三臺(tái)通訊服務(wù)器的IP地址依次更改為84.19.79.X，以保證所有以太網(wǎng)設(shè)備在同一網(wǎng)段上。如圖6所示。
 

 

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖6     通訊服務(wù)器配置頁面

本系統(tǒng)IP分配和PLC設(shè)備對應(yīng)為:
IP 地址   Modbus地址
84.19.79.181   1
84.19.79.182   2
84.19.79.183   3

　　4.2  上位機(jī)端口配置
　　安裝通訊服務(wù)器端口驅(qū)動(dòng)程序，對虛擬端口進(jìn)行配置。圖7所示主要配置好三個(gè)虛擬端口號(hào)以及所對應(yīng)的通訊服務(wù)器(通過IP地址)和對應(yīng)通訊服務(wù)器所支持的實(shí)際串行端口數(shù)量(本項(xiàng)目中為一)。
依次配置為:
 

 

 

 

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖7     通訊服務(wù)其端口驅(qū)動(dòng)

COM4:84.19.79.181
COM5:84.19.79.182
COM6:84.19.79.183

　　4.3  SCADA配置
　　系統(tǒng)采用Ifix作為SCADA監(jiān)控軟件。在老系統(tǒng)中采用MB+方式通訊，采用的接口驅(qū)動(dòng)為MMP，所以需要依據(jù)MMP配置表中的數(shù)據(jù)區(qū)域一一設(shè)置新的通訊驅(qū)動(dòng)MB1。新的MB1配置如圖8所示。在串行通訊口的配置欄中選擇我們設(shè)置好的虛擬串行端口:分別選擇COM4、COM5、COM6。系統(tǒng)地址配置參見附表。