钡铼如何实现Modbus转OPC UA协议？

在现代工业设施中，设备的异构性带来了数据集成和通信的挑战。为了有效地实现不同设备之间的数据交换，Modbus转OPC UA网关成为了一种常见的解决方案，本文将详细说明利用钡铼技术的OPC UA网关来实现高效的数据交换。

一、Modbus和OPC UA简介
 

Modbus是一种通信协议，广泛应用于工业自动化领域。Modbus RTU是一种紧凑的，采用二进制表示数据的方式，Modbus ASCII是一种人类可读的，冗长的表示方式。这两个变种都使用串行通信(serial communication)方式。RTU格式后续的命令/数据带有循环冗余校验的校验和，而ASCII格式采用纵向冗余校验的校验和。
 

OPC UA是一种开放的通信和数据模型规范，用于实现跨平台、跨厂商的工业自动化系统集成。从OPC 到OPC UA是为了实现分布式控制系统中的分布式对象技术，方式变成了与平台无关、面向了开放系统。

二、异构设备间的挑战

工业设施中通常存在多种异构设备，它们可能使用不同的通信协议和数据格式。这些设备之间要实现数据交换和集成，需要克服以下挑战：

1. 协议差异: 不同设备可能使用不同的通信协议，如Modbus RTU、Modbus TCP/IP等。

2. 数据格式: 数据在不同设备间的编码和解码方式可能不同，需要进行格式转换。

3. 安全性和稳定性: 数据交换过程中需要确保数据安全性和通信稳定性，尤其是在工业环境中。

三、Modbus转OPC UA网关的作用

1. 协议转换: 网关能够将Modbus协议的数据转换为OPC UA标准的数据模型，使得不同设备间可以通过统一的接口进行通信和数据交换。

2. 数据整合: 网关可以收集、整合来自多个Modbus设备的数据，并将其转换为符合OPC UA规范的数据结构，提供给上层应用或其他系统使用。  

3. 安全和扩展性: OPC UA提供了高级的安全性机制，包括加密、认证和权限控制，确保数据传输的安全性。同时，OPC UA也支持在不同网络和平台之间进行跨平台、跨网络的通信，具有很好的扩展性。

四、应用

以COM2口采集本公司工业以太网远程I/O数据采集模块系列M140T 的DI和DO数据为例，COM2 口通过 Modbus RTU 协议采集， LAN 口通过 Modbus TCP 协议采集。
1．M140T 和 S475 设备接入 BL121 网关设备
 

BL121 网关的 LAN 口接入交换机，S475 连接到交换机，使用 LAN 口通过 Modbus TCP 协议采集 S475 数据。LAN 口接交换机时，LAN 口上不能接其他网段的网线进来。使用 COM2 口通过 Modbus RTU 协议采集 M140T 的数据，采集到的数据通过 WAN 口连接 4G 路由器 R40，使用 R40 的路由功能将数据上传到各个云平台。 注：WAN 口和 LAN 口都可以采集设备，示例是介绍 LAN 口采集设备，WAN 采集设备的配置和 LAN 采集设备的配置原理一样。
2. COM 口采集配置
COM2 通过 Modbus RTU 采集 M140T 的数据，COM2 口配置如下：
 

（1）双击“COM2”，弹出 COM 属性配置框。
（2）模式选择：采集。
（3）因通过 RS485 COM 口采集 M140T 设备，使用 Modbus RTU 协议，设备品牌：Modbus，设备型号：Modbus RTU。按钮里面，轮询周期和通讯超时设置默认，根据需求设置。
（4）波特率、停止位、数据位、校验位根据 M140T RS485 口的参数进行配置，与其保持一致。 
（5）点击“确定”。 
注：点击“写入配置”网关设备将自动重启，重启后 COM 口的配置才会生效。
添加 COM 口设备 M140T
 

（1）点击“COM2”，点击鼠标右键，点击“添加”，弹出设备配置框。
（2）设备名 称任意填写，如：填写 M140T。
（3）从站 ID 根据采集设备的 Modbus ID 填写，如： M140T 的 Modbus ID 是“1”，因此，填写“1”。
（4）根据要采集的数据选择数据类 型，示例是采集 M140T 的 DI 和 DO，都是布尔类型没有采集数值类型的寄存器，故默 认即可。
（5）写功能码：默认，M140T 支持写多个寄存器。
（6）点击“确定”，添加 M140T 设备。 
注：点击确定后会在 COM2 下显示添加的设备见上图显示出来 M140T，如果想添加多 个设备，重复（1）--（6）步骤即可。
注：点击“写入配置”网关设备将自动重启，重启后添加 COM2 口的 M140T 设备才添 加成功。
3. 添加 M140T 的数据点
 

（1）点击“M140T”，鼠标光标移动到方框内，鼠标右键，点击“添加”弹出数据点 设置框。
（2）变量名称：命名数据点的名字，如：DO1。
（3）数据点的 MQTT 标识 符，可以任意填写。标识符不能重复，如：DO1 数据点的 MQTT 标识填写为 DO1。
（4） 根据需求选择采集地址按什么数据格式填写输入网关，OCT/DEC/HEX 分别是八进制/ 十进制/十六进制。采集 Modbus 协议地址按十进制输入，故示例选择十进制。
（5）地 址类型：根据采集的数据点支持的功能码选择，如采集 M140T 的 DO 是支持“01”功 能码，故选择“01 Coil Status”，DI 是支持“02”功能码，故选择“02 Input Status”。 
（6）地址：采集数据点的寄存器地址，如：数据点 DO1 在 M140T 里面是“0”寄存器 地址，故填写“0”。
（7）数据类型：根据数据点选择，如：M140T 的 DI 和 DO 都是 线圈类型故选择“bool”。
（8）添加数量：如果是采集连续地址，同一功能码可以多 个采集。
（9）读写类型：根据“地址类型”的选项选择自动识别。
（10）modbus 映射 地址：填写采集到的数据点存储到 BL110 网关设备的地址，可以随意填写。映射地址不 能重复。范围：0-2000。如：采集 DO1 的数据存储到 BL110 网关“16”寄存器地址。 配置软件上映射地址外面表示 Modbus 地址，括号里面 M.XXX 表示 PLC Modbus 地址。 
（11）变量单位：根据需求任意填写，也可以不填写。
（12）点击“确定”。
注：点击“确定”后数据点会在方框内显示出来见上图，如果想继续添加数据点，在方 框鼠标右键，点击“添加”弹出数据点配置框，重复（2）--（12）步骤。
注：点击“写入配置”网关将自动重启，重启后采集 M140T 添加的数据点才生效。
4. OPC UA 的配置

（1）双击“OPC UA”弹出 OPC UA 配置框。
（2）点击启用按钮，启用 OPC UA。 默认：关闭。灰色表示：不启用，绿色表示：启用。
（3）端口：OPC UA 端口，默认： 4840。
（4）Anonymous：启用，表示不用用户名连接。
（5）User 、Password：用户名和用户密码，因启用无用户连接，故不用填写。
（6）安全策略：选择 OPC UA 是 否加密连接。本示例选择无加密连接。
（7）Certificate、PrivateKey：OPC UA 证书和密钥，因选择无加密连接，故不用上传证书和密钥。
（8）点击“确定”，确定 OPC UA 的配置。
（9）点击“写入配置”，网关设备重启后，OPC UA 才启用。

五、网关特点

1. 宽工作电压设计，支持DC 9-36V供电，接口为接线端子方式，带有防反接保护设计；
2. 支持6路RS232/RS485可选输入； 
3. 支持2路RJ45以太网口，分别为 1LAN +1WAN，WAN口和LAN口可以直接采集设备或采集级联交换机上 的设备；
4. 支持远程配置参数和远程升级固件；
5. 支持SNMPV1/V2；支持路由功能；支持OpenVPN功能； 
6. 支持Modbus RTU 转 Modbus TCP、透明传输。

通过使用钡铼技术的Modbus转OPC UA网关，工业设备可以克服异构性带来的数据集成挑战，实现设备间高效的数据交换和共享。

审核编辑 黄宇