1 引言
隨著以太網(wǎng)交換技術的出現(xiàn)和工業(yè)級交換機的應用，以太網(wǎng)在工業(yè)場合得到了迅速普及，越來越多的現(xiàn)場設備開始接入廠級管理系統(tǒng)。在實時性和確定性不斷得到提高的同時，以太網(wǎng)的普及已經(jīng)成為工業(yè)網(wǎng)絡不可阻擋的趨勢。這就使得在我們不僅要在新設備、新系統(tǒng)、新項目的設計和實施中考慮以太網(wǎng)的問題，同時也開始關注一些老設備或者老系統(tǒng)與廠級管理系統(tǒng)的融合。
但我們往往遇到的問題是，大部分的老設備不能支持與以太網(wǎng)絡的連接。不是設備已經(jīng)處于淘汰階段，生產(chǎn)廠家不愿意投入相關產(chǎn)品的開發(fā);就是新產(chǎn)品的開發(fā)和測試還沒有完成。本文將以串口服務器為例，介紹解決老設備如何與現(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)得到了廣泛應用，也是世界上第一款可以實現(xiàn)雙機熱備的產(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在運行，與上位計算機的連接采用的是MB+網(wǎng)絡，上位機安裝MB+通訊適配器SA85卡。SA85卡故障導致了上位監(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間內使該部分功能恢復，所以我們開始尋求是否可以采用一種通用設備在短期內完成該部分功能。所以串口服務器便成為了我們的首選方案。
所謂的串口服務器實際上是一種基于串口的IO SERVER，將傳統(tǒng)的RS-232、RS-485、RS-422等設備通過串口服務器連接到以太網(wǎng)絡中去，該設備不進行協(xié)議分析，數(shù)據(jù)透明傳輸。
項目采用了北京海豚科技的3套串口服務器NC- 601B，將三套PLC設備連接到就近的以太網(wǎng)交換機，從而節(jié)省現(xiàn)場到控制監(jiān)視中心的遠距離安裝。
網(wǎng)絡連接如圖1所示。
圖1 網(wǎng)絡連接
2 串口通訊服務器介紹
2.1 概述
NC601B是單串口通訊服務器，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置，以太網(wǎng)接口為10/100M自適應網(wǎng)口，RJ45接頭。該設備采用了32位、100MHz的CPU，2M內存，串口通訊速率最高可到460.8kbps。
NC601B的默認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瀏覽器對通訊服務器進行配置。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)絡設備，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�？上驳氖荌O-Server也提供了包括自身管理和數(shù)據(jù)訪問權限在內的一系列安全機制，如圖2所示:
圖2 IO-Server 的安全機制
(1) 限制網(wǎng)上計算機進入IO-Server設置和下載FIRMWARE。
●允許查找。是否能夠在計算機上使用upgrade.exe透過網(wǎng)絡搜索到IO-Server。
●允許下載FIRMWARE。是否能夠透過網(wǎng)絡更新IO-Server的固件版本。
●允許TELNET。是否允許計算機通過網(wǎng)絡telnet 進入IO-Server的設置。
●允許HTTP。是否允許計算機通過Web方式進入IO-Server的設置。
(2) IP限制
通過IP地址限制網(wǎng)上計算機與IO-Server進行數(shù)據(jù)交換。每個IO-Server可以設置16組IP限制，并且可以指定每組IP地址對那個或那些串口有讀、寫和發(fā)送串口指令的權限。
(3) MAC限制
通過物理地址限制網(wǎng)上計算機與IO-Server進行數(shù)據(jù)交換，每個IO-Server可以設置32個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
(1) 提供TCP/UDP socket工作模式，包括服務端和客戶端;
(2) 每串口支持6個session;
(3) 提供網(wǎng)絡打包機制的設置;
(4) 支持SNMP agent;
(5) 網(wǎng)口網(wǎng)絡協(xié)議TCP/IP，UDP，ICMP;
(6) 應用協(xié)議:Telnet, Rlogin，LPD，DNS;
(7) 安全協(xié)議:RADIUS PPP回撥，PAP，CHAP;
(8) 根據(jù)用戶，IP地址和MAC地址設定各種級別的權限;
(9) 提供WINDOWS NT/2000/XP下真實COM口驅動;
(10) 提供靜態(tài)路由設置;
(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型號為E984-265，除了一個MB+通訊口外，還有兩個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，引腳信號如圖3所示:
圖3 引腳信號
3.2 通訊服務器接口
NC601B的串口是標準的9針公頭。本系統(tǒng)定義該端口為RS-232方式，即有一個與標準PC計算機一模一樣的串口。信號線定義如圖4所示:
圖4 信號線定義
3.3 PLC至通訊服務器的連接電纜
依據(jù)以上我們對PLC和通訊服務器的分析，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;
校驗方式:Even;
Modbus地址:1/2/3。
4 系統(tǒng)通訊參數(shù)
4.1 通訊服務器設置
通過IE瀏覽器(首次進入通過默認IP地址192.168.0.233)進入通訊服務器配置頁面。依據(jù)PLC串行端口的配置完成通訊服務器對應端口的配置，同時將三臺通訊服務器的IP地址依次更改為84.19.79.X，以保證所有以太網(wǎng)設備在同一網(wǎng)段上。如圖6所示。
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圖6 通訊服務器配置頁面
本系統(tǒng)IP分配和PLC設備對應為:
IP 地址 Modbus地址
84.19.79.181 1
84.19.79.182 2
84.19.79.183 3
4.2 上位機端口配置
安裝通訊服務器端口驅動程序，對虛擬端口進行配置。圖7所示主要配置好三個虛擬端口號以及所對應的通訊服務器(通過IP地址)和對應通訊服務器所支持的實際串行端口數(shù)量(本項目中為一)。
依次配置為:
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圖7 通訊服務其端口驅動
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，采用的接口驅動為MMP，所以需要依據(jù)MMP配置表中的數(shù)據(jù)區(qū)域一一設置新的通訊驅動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。
圖8 SCADA監(jiān)控軟件
附表 系統(tǒng)地址配置
5 結束語
通過異步串行通訊服務器，我們非常方便的將已經(jīng)處于淘汰階段的老型PLC簡單加入系統(tǒng)已有得以太網(wǎng)中，實現(xiàn)了與遠方的上位監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了連接，消除了老系統(tǒng)硬件故障所帶來的問題，恢復了系統(tǒng)的正常運行并且并沒有改變任何操作人員的操作習慣和工作內容。該系統(tǒng)已經(jīng)投入運行，通訊正常，響應迅速。
隨著越來越多地現(xiàn)場設備以及總線設備融入系統(tǒng)的要求，利用串行服務器的透明解決方案也不失為一種性價比極高的解決辦法，尤其是解決總線設備之間的互聯(lián)問題。