基于异步串行通讯服务器和总线技术实现远程系统的连接应用

1 引言

随着以太网交换技术的出现和工业级交换机的应用，以太网在工业场合得到了迅速普及，越来越多的现场设备开始接入厂级管理系统。在实时性和确定性不断得到提高的同时，以太网的普及已经成为工业网络不可阻挡的趋势。这就使得在我们不仅要在新设备、新系统、新项目的设计和实施中考虑以太网的问题，同时也开始关注一些老设备或者老系统与厂级管理系统的融合。

但我们往往遇到的问题是，大部分的老设备不能支持与以太网络的连接。不是设备已经处于淘汰阶段，生产厂家不愿意投入相关产品的开发;就是新产品的开发和测试还没有完成。本文将以串口服务器为例，介绍解决老设备如何与现存的以太网互联的接入方法。

Compact 984是Schneider公司的前期PLC产品，由于其卓越的性能和可靠性在电力行业得到了广泛应用，也是世界上第一款可以实现双机热备的产品。但随着该公司对产品性能的不断提升，该系列PLC已经完全由Quantum系列所替代，目前已经处于停产状态。

在华东某电厂的灰控系统中，至今还有数套Compact在运行，与上位计算机的连接采用的是MB+网络，上位机安装MB+通讯适配器SA85卡。SA85卡故障导致了上位监控系统无法完成对分选系统的采集和监控，并且由于货期等原因无法在较短的时间内使该部分功能恢复，所以我们开始寻求是否可以采用一种通用设备在短期内完成该部分功能。所以串口服务器便成为了我们的首选方案。

所谓的串口服务器实际上是一种基于串口的IO SERVER，将传统的RS-232、RS-485、RS-422等设备通过串口服务器连接到以太网络中去，该设备不进行协议分析，数据透明传输。

项目采用了北京海豚科技的3套串口服务器NC- 601B，将三套PLC设备连接到就近的以太网交换机，从而节省现场到控制监视中心的远距离安装。

网络连接如图1所示。

图1 网络连接

2 串口通讯服务器介绍

2.1 概述

NC601B是单串口通讯服务器，串口为RS-232，RS-422和RS-485三合一串口，具体类型的切换通过软件设置，以太网接口为10/100M自适应网口，RJ45接头。该设备采用了32位、100MHz的CPU，2M内存，串口通讯速率最高可到460.8kbps。

NC601B的默认IP地址为192.168.0.233，可以通过Telnet 192.168.0.233的方式或者直接通过IE浏览器对通讯服务器进行配置。主要包括串口类型、工作模式、IP地址以及路由等的配置。

2.2 安全

既然是网络设备，又可以通过Tetnet和IE方式浏览和更改配置，那么安全问题就不得不加以讨论。可喜的是IO-Server也提供了包括自身管理和数据访问权限在内的一系列安全机制，如图2所示：

图2 IO-Server 的安全机制

（1） 限制网上计算机进入IO-Server设置和下载FIRMWARE。

●允许查找。是否能够在计算机上使用upgrade.exe透过网络搜索到IO-Server。

●允许下载FIRMWARE。是否能够透过网络更新IO-Server的固件版本。

●允许TELNET。是否允许计算机通过网络telnet 进入IO-Server的设置。

●允许HTTP。是否允许计算机通过Web方式进入IO-Server的设置。

（2） IP限制

通过IP地址限制网上计算机与IO-Server进行数据交换。每个IO-Server可以设置16组IP限制，并且可以指定每组IP地址对那个或那些串口有读、写和发送串口指令的权限。

（3） MAC限制

通过物理地址限制网上计算机与IO-Server进行数据交换，每个IO-Server可以设置32个MAC限制，一旦填入MAC地址，则IO-Server只接受指定的MAC地址发起的连接。

2.3 主要特点

（1） 提供TCP/UDP socket工作模式，包括服务端和客户端;

（2） 每串口支持6个session;

（3） 提供网络打包机制的设置;

（4） 支持SNMP agent;

（5） 网口网络协议TCP/IP，UDP，ICMP;

（6） 应用协议：Telnet， Rlogin，LPD，DNS;

（7） 安全协议：RADIUS PPP回拨，PAP，CHAP;

（8） 根据用户，IP地址和MAC地址设定各种级别的权限;

（9） 提供WINDOWS NT/2000/XP下真实COM口驱动;

（10） 提供静态路由设置;

（11） 通过flash ROM可方便地在线升级。

3 串行接口与连接

3.1 PLC通讯接口

所连接的PLC CPU型号为E984-265，除了一个MB+通讯口外，还有两个Modbus接口。我们采用Modbus通讯口与SCADA系统通讯，该接口为RJ45接头，引脚信号如图3所示：

图3 引脚信号

3.2 通讯服务器接口

NC601B的串口是标准的9针公头。本系统定义该端口为RS-232方式，即有一个与标准PC计算机一模一样的串口。信号线定义如图4所示：

图4 信号线定义

3.3 PLC至通讯服务器的连接电缆

依据以上我们对PLC和通讯服务器的分析，我们制作连接电缆如图5所示：

图5 连接电缆

3.4 串行口端口设置

波特率：19200（Compact PLC支持的最大通讯速率）;

数据位：8;

停止位：1;

校验方式：Even;

Modbus地址：1/2/3。

4 系统通讯参数

4.1 通讯服务器设置

通过IE浏览器（首次进入通过默认IP地址192.168.0.233）进入通讯服务器配置页面。依据PLC串行端口的配置完成通讯服务器对应端口的配置，同时将三台通讯服务器的IP地址依次更改为84.19.79.X，以保证所有以太网设备在同一网段上。如图6所示。

图6 通讯服务器配置页面

本系统IP分配和PLC设备对应为：

IP 地址 Modbus地址

84.19.79.181 1

84.19.79.182 2

84.19.79.183 3

4.2 上位机端口配置

安装通讯服务器端口驱动程序，对虚拟端口进行配置。图7所示主要配置好三个虚拟端口号以及所对应的通讯服务器（通过IP地址）和对应通讯服务器所支持的实际串行端口数量（本项目中为一）。

依次配置为：

图7 通讯服务其端口驱动

COM4:84.19.79.181

COM5:84.19.79.182

COM6:84.19.79.183

4.3 SCADA配置

系统采用Ifix作为SCADA监控软件。在老系统中采用MB+方式通讯，采用的接口驱动为MMP，所以需要依据MMP配置表中的数据区域一一设置新的通讯驱动MB1。新的MB1配置如图8所示。在串行通讯口的配置栏中选择我们设置好的虚拟串行端口：分别选择COM4、COM5、COM6。系统地址配置参见附表。

图8 SCADA监控软件

附表 系统地址配置

5 结束语

通过异步串行通讯服务器，我们非常方便的将已经处于淘汰阶段的老型PLC简单加入系统已有得以太网中，实现了与远方的上位监控系统实现了连接，消除了老系统硬件故障所带来的问题，恢复了系统的正常运行并且并没有改变任何操作人员的操作习惯和工作内容。该系统已经投入运行，通讯正常，响应迅速。

随着越来越多地现场设备以及总线设备融入系统的要求，利用串行服务器的透明解决方案也不失为一种性价比极高的解决办法，尤其是解决总线设备之间的互联问题。

责任编辑：gt