基于以太網(wǎng)的虛擬串口遠(yuǎn)程通訊實(shí)現(xiàn)

路鎮(zhèn) 高源 董彬

萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司自動(dòng)化部鋼區(qū)維護(hù)車間 271104

基于以太網(wǎng)的虛擬串口遠(yuǎn)程通訊實(shí)現(xiàn)

路鎮(zhèn) 高源 董彬

萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司自動(dòng)化部鋼區(qū)維護(hù)車間 271104

文章介紹了通過MOXA NPort 5210串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器作為橋接設(shè)備，將AB SLC500的RS-232串口15米的限定范圍進(jìn)行無限拓展，從而實(shí)現(xiàn)了異地?cái)?shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控與遠(yuǎn)程系統(tǒng)維護(hù)。

MOXA NPort 5210;遠(yuǎn)程通訊;以太網(wǎng)

MOXA NPort 5210；remote communica；tio nEthernet

前言

隨著現(xiàn)代自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，控制局域網(wǎng)也深入應(yīng)用到各行各業(yè)，利用遠(yuǎn)程控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)異地維護(hù)便成為自動(dòng)化技術(shù)的迫切要求。現(xiàn)行的諸多控制系統(tǒng)，采用單機(jī)控制方式已難以滿足設(shè)備控制的要求，因?yàn)橥覀兯刂频脑O(shè)備只是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)基本單元，它既需要外部輸入一些必要的信息，同時(shí)也需要向外部輸出自身的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)。所有這些，都要求我們采用控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將眾多設(shè)備有機(jī)地連成一體，以保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1、系統(tǒng)概述及設(shè)計(jì)原理

1.1 系統(tǒng)總體概述

萊鋼集團(tuán)煉鋼廠4＃連鑄機(jī)的火切機(jī)控制系統(tǒng)采用了3套AB SLC500PLC，由于該系統(tǒng)的AB SLC5/04CPU只帶有一組9針RS-232串口, 而RS-232串口存在著數(shù)據(jù)可靠性、通訊距離、端口數(shù)量等多個(gè)方面的限制。例如，在工業(yè)控制等現(xiàn)場環(huán)境中，常會(huì)有電氣噪聲干擾傳輸線路，使用RS-232通訊時(shí)經(jīng)常因外界的電氣干擾而導(dǎo)致信號(hào)傳輸錯(cuò)誤；其次，在不增加緩沖器的情況下，RS-232通訊的最大傳輸距離只能達(dá)到15米；還有，同1個(gè)RS-232端口只能連接1個(gè)RS-232通訊設(shè)備。而本文設(shè)計(jì)中引入了MOXA NPort 5210串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，通過自制的RS-232串口轉(zhuǎn)RJ45接口電纜將這3套AB SLC500PLC連入以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了異地遠(yuǎn)程系統(tǒng)控制與維護(hù)。

1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括AB SLC500PLC控制系統(tǒng)、MOXA NPort 5210串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、交換機(jī)及遠(yuǎn)程PC機(jī)或遠(yuǎn)程控制終端。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框如圖1所示。

由圖1可見，AB SLC500PLC控制系統(tǒng)通過與MOXA NPort 5210串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的連接，轉(zhuǎn)接到交換機(jī)，從而連入以太網(wǎng)，最終實(shí)現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程PC機(jī)或遠(yuǎn)程控制終端的通信。

2、系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)

2.1 RS-232串口簡介

RS-232串口是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口，通常R S-232接口包括9個(gè)引腳 (DB-9) 或是25個(gè)引腳 (DB-25)。在通信速率低于20kb/s時(shí)，RS-232所直接連接的最大物理距離為15m（50英尺）。

RS-232接口(DB-9)引腳圖如圖2所示。

圖2 RS-232串口

1）：DCD載波檢測，主要用于Modem通知計(jì)算機(jī)其處于在線狀態(tài)，即Modem檢測到撥號(hào)音， 處于在線狀態(tài)。

2）：RXD此引腳用于接收外部設(shè)備送來的數(shù)據(jù)；在使用Modem時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)RXD指示燈在閃爍，說明RXD引腳上有數(shù)據(jù)進(jìn)入。

圖4 端口參數(shù)配置

3）：TXD此引腳將計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送給外部設(shè)備；在使用Modem時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)TXD指示燈在閃爍，說明計(jì)算機(jī)正在通過TXD引腳發(fā)送數(shù)據(jù)。

4）：DTR數(shù)據(jù)終端就緒；當(dāng)此引腳高電平時(shí)，通知Modem可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，計(jì)算機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好。

5）：GND信號(hào)地；此位不做過多解釋。

6）：DSR數(shù)據(jù)設(shè)備就緒；此引腳高電平時(shí)，通知計(jì)算機(jī)Modem已經(jīng)準(zhǔn)備好，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊了。

7）：RTS請(qǐng)求發(fā)送；此腳由計(jì)算機(jī)來控制，用以通知Modem馬上傳送數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)；否則，Modem將收到的數(shù)據(jù)暫時(shí)放入緩沖區(qū)中。

8）：CTS 清除發(fā)送；此腳由Modem控制，用以通知計(jì)算機(jī)將欲傳的數(shù)據(jù)送至Modem。

9）：RI Modem通知計(jì)算機(jī)有呼叫進(jìn)來，是否接聽呼叫由計(jì)算機(jī)決定。

2.2 RS-232串口轉(zhuǎn)RJ45接口介紹

首先按照標(biāo)準(zhǔn)568B進(jìn)行水晶頭制作，將水晶頭豎直放置，金屬片面向自己，按直通線的接法將8根線放進(jìn)去壓好。

RS-232串口轉(zhuǎn)RJ45接口的電纜連接如圖3所示。

經(jīng)過上面的連接后，通過引入MOXA NPort 5210系列的串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)將帶有R S-232串口的A B SLC500PLC控制系統(tǒng)接入工業(yè)以太網(wǎng)中。MOXA NPort 5210系列的串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，具有一個(gè)10/100MBPS以太網(wǎng)接口和2個(gè)RS-232串口接口，支持自動(dòng)IP設(shè)定協(xié)議（DHCP，BootP），以及通過Web Browser console手動(dòng)設(shè)置，可讓工業(yè)串口設(shè)備立即連入網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)具有標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP 界面和多種操作模式。通用的接口運(yùn)行模式，提供了TCP Server，TCP Client，和UDP，可確保與使用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)API（Winsock，BSD Sockets）的網(wǎng)絡(luò)軟件的兼容性。通過指定NPort 5210的IP地址和端口號(hào)，服務(wù)器可以直接透過Socket程序?qū)Υ谠O(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和控制。

圖3 RS－232串口到RJ45接口的連接圖

NPort Administration Suite Ver1. 9是針對(duì)串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的專用軟件程序，為最終實(shí)現(xiàn)AB SLC500PLC控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程控制PC機(jī)或遠(yuǎn)程控制終端網(wǎng)絡(luò)連接提供了必要的驅(qū)動(dòng)和參數(shù)設(shè)置，該程序使串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器可以隨時(shí)連入TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。

2.3 遠(yuǎn)程通訊的實(shí)現(xiàn)

用做好的RS-232接口轉(zhuǎn)RJ45接口電纜將SLC500PLC與NPort 5210的Port1口連接，再將N P o r t 5210的10/ 100MBPS以太網(wǎng)接口與交換機(jī)或遠(yuǎn)程PC機(jī)連接，使SLC500PLC控制系統(tǒng)接入以太網(wǎng)絡(luò)。

通過對(duì)NPort Administration Suite Ver1.9管理程序的必要設(shè)置實(shí)現(xiàn)SLC500P L C的以太網(wǎng)通訊。利用程序管理軟件中的“S e a r c h”搜索功能會(huì)搜索發(fā)現(xiàn)Configuration－1Nport其一端口的配置參數(shù)信息，如圖4。

搜索到的端口包括S e r i a l、Network、IP Address Report、Accessible IPs等多種參數(shù)配置，可以根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行修改。首先在Serial的配置下對(duì)通訊速率進(jìn)行修改以便提高網(wǎng)絡(luò)的通訊效率，將Port1波特率修改為19200bytes (約 19. 2kb /s)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)每套PLC的準(zhǔn)確通信，在Netwok的配置下對(duì)每臺(tái)串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器設(shè)置一個(gè)IP地址，其他參數(shù)根據(jù)需要進(jìn)行修改。經(jīng)過對(duì)3臺(tái)串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器設(shè)置使它們共網(wǎng)。

在程序管理軟件中打開C O M Mapping，此時(shí)Port1和Port2分別被隨機(jī)分配為C O M 4和C O M 5映射C O M Port， Port1或Port2可以在1～256范圍內(nèi)進(jìn)行名稱賦值修改。

我們需要在遠(yuǎn)程PC 機(jī)上安裝Rockwell的通訊軟件RSLinx 來實(shí)現(xiàn)與NPort Administration Suite Ver1.9管理程序綁定。RSLinx軟件是工業(yè)通訊的樞紐，它為所有的AB網(wǎng)絡(luò)提供了完整的驅(qū)動(dòng)程序，通過R S L i n x軟件，用戶可以通過一個(gè)窗口查看所有激活的網(wǎng)絡(luò)，也可以通過一個(gè)或多個(gè)通訊接口同時(shí)運(yùn)行任何所支持的應(yīng)用程序的組合。RSLinx提供最快速的OPC、DDE和Custom C/ C++的接口。RSLinx還能夠?yàn)橛脩籼峁┒鄠€(gè)網(wǎng)絡(luò)、本地工作站和D D E/O P C性能診斷工具，便于進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和故障排錯(cuò)。RSLinx Classic Gateway驅(qū)動(dòng)程序能夠完美地支持TCP/IP客戶與AB控制器的連接，它也支持與遠(yuǎn)程O P C進(jìn)行通訊。

圖5 驅(qū)動(dòng)程序配置

在RSLinx Classic Gateway程序中，需進(jìn)行通訊的驅(qū)動(dòng)程序配置，如圖5，使PC機(jī)與串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)連接，在可用的驅(qū)動(dòng)程序類型中添加RS-232DF1devices驅(qū)動(dòng)程序。對(duì)已添加的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行配置，通訊端口選擇對(duì)應(yīng)的COM4口，使其與NPort 5210中設(shè)置的映射端口C O M 4相對(duì)應(yīng)，設(shè)備選擇SLC-CH0/Micri/PanelView，波特率選擇19200bytes，其他保持默認(rèn)值。啟動(dòng)連接后，在通信R S w h o中可以看到SLC-5/04CPU，說明此時(shí)P C機(jī)與A B SLC500PLC通訊成功，已經(jīng)成功接入符合TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)中。

通過如上設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將3套分散的P L C控制系統(tǒng)，集于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，現(xiàn)在只需一臺(tái)遠(yuǎn)程PC機(jī)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)3套PLC的集中控制和維護(hù)，改變了以前需要現(xiàn)場一對(duì)一的維護(hù)模式。

3、結(jié)束語

通過MOXA NPort 5210串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器作為橋接設(shè)備，將N P o r t Administration Suite Ver1.9管理程序綁定到RSLinx通訊組態(tài)軟件中，通訊主干網(wǎng)使用單/多模光纖，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的不受距離限制的傳輸、異地?cái)?shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控與遠(yuǎn)程系統(tǒng)維護(hù)。應(yīng)用效果良好，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

[1] (日)宮崎誠一著，陸玉庫，于翼譯.微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)與實(shí)踐. 北京:人民郵電出版社.1990

[2]胡學(xué)林.可編程序控制器教程（提高篇）.北京:電子工業(yè)出版社.2005

[3]廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用.重慶:重慶大學(xué)出版社.2001

The realization of virtual serial for remote communication based on Ethernet

Luzhen Gaoyuan Dongbin
LaiWu Iron&Steel company Automation department steel district workshop steel-making Station

This paper mainly introduced how to realize the unlimited expansion of RS-232serial belonging to the AB SLC500from the limited scope of 15meters through the network bridge of MOXA NPort 5210. And finally realized the remote data acquisition, real-time production condition monitoring and remote system maintenance.

路鎮(zhèn) 男，工程師，現(xiàn)主要從事冶金工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的研究與應(yīng)用。