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串列埠裝置連線至工業乙太網

RS-232串列埠作為電子裝置與計算機以及電子裝置之間最早的通訊手段現在還廣泛的應用於工業控制領域,而RS-485匯流排作為彌補RS-232串列埠通訊技術通訊距離短,只能支援點對點資料通訊等缺點產生的通訊技術同樣廣泛的應用於工業控制領域。隨著資訊社會對於工業自動化的要求不斷提升,以及工業自動化程度的不斷加深,由於RS-232串列埠支援點對多點通訊,通訊距離小於15米,而RS-485匯流排技術則通訊距離為1200米,由於採用一主多從的通訊模式,從裝置接收發送資料都需要等待控制主機的指令,而RS-485匯流排技術用於長距離通訊的波特率不能高於110Kbps,對於大資料量並且 實時性要求高的通訊任務則難以滿足需求。原有的基於RS-232/485串列埠通訊的工業控制系統越來越不能滿足工業控制領域現實的需求。

隨著乙太網技術以及網際網路在社會生活各個領域的發展,工業乙太網技術現在也正在逐步的深入至工業現場控制領域,原先的工業控制網路基本上是由現場匯流排一統天下,現在由於乙太網技術在辦公系統的普及應用以及網際網路技術的不斷髮展,工業乙太網技術開始逐步的滲入到工業控制網路的資訊層和控制層,而工業控制網路的裝置層現在還基本上現場匯流排技術作為主要通訊手段,所以現在工業控制網路現在還處於現場匯流排技術和工業乙太網技術混合使用的過程當中,讓這些利用現場匯流排技術通訊的裝置連線至工業乙太網則非常必要,而工業控制現場領域RS-485匯流排裝置以及RS-232串列埠裝置具有相當的佔有率,將串列埠裝置連線至工業乙太網具有相當的重要性。

通過工業乙太網技術作為通訊手段相比RS-232/485串列埠通訊技術具有以下幾個優勢:

1.乙太網裝置的配置更加靈活方便,多個RS-232串列埠裝置與計算機通訊一般都是在計算機PCI插槽上通過多串列埠卡或者通過USB串列埠連線USB轉串列埠集線器來實現RS-232串列埠的擴充套件,每個計算機的PCI插槽或者USB介面都是有一定的數量限制,從而使得與計算機通訊的RS-232串列埠裝置的數量受到相應的限制。而RS-485匯流排雖然佈線簡單,負載裝置多,通訊距離可以達到1200米,但是其佈線必須採用手牽手菊花鏈拓撲結構,在RS-485總線上增加裝置需要將線路佈設過去或者通過增加485中繼器或者485集線器

來解決佈線問題,而乙太網則不同,只要是有網路資訊口的地方,就可以直接將相關的乙太網裝置連線接入乙太網,而且接入裝置的數量基本上是沒有限制的。

2.支援熱插拔工作,能夠在系統工作的時候配置相關裝置,無需停止系統工作。比如計算機需要增加多串列埠卡以擴充RS-232串列埠數量的時候,需要將計算機停機並開啟機箱才可以增加多串列埠卡,同樣的道理,在RS-485總線上新增相應的485裝置的時候,也是需要將線路中斷才可以增加相應的裝置,而在乙太網上增加相應的乙太網裝置,只需要在附近的資訊口上接上網線就可以,再通過計算機上的相關軟體進行配置就可以正常工作。

3.簡單易用,後期的維護方便簡捷,不管是RS-232裝置還是RS-485匯流排通訊一般都是隻與單臺計算機進行通訊,很難形成雙伺服器冗餘熱備份系統,而在乙太網上可以非常容易的配置雙伺服器冗餘熱備份系統。同樣的道理,基於RS-232串列埠通訊或基於RS-485匯流排通訊,不能形成冗餘鏈路,一旦出現問題就可能整個系統崩潰,特別是RS-485匯流排,在RS-485總線上出現問題(比如短路),很容易導致整個系統不能使用,而且在RS-485總線上查詢故障點非常困難,需要一個一個的去排查。而基於工業乙太網作為通訊手段則可以避免類似問題,採用工業乙太網交換機佈設環形冗餘鏈路的工業網路,一旦某個鏈路出現問題,可以在20ms之內自愈恢復並及時告警提示維護。

4.高擴充套件性和高擴充性,非常適應彈性佈線。前文所述,乙太網裝置使用熱插拔工作以及配置靈活方便,採用乙太網作為通訊手段可以沒有距離上和數量上的限制,RS-485匯流排通訊距離為1200米,可以通過增加485中繼器或者通過光纖modem轉換為光訊號通過光纖傳輸從而達到延長通訊距離的作用,但是傳輸距離總是有一定的限制,而通過乙太網可以連線至網際網路,通過網際網路可以在世界任何一個有網路連線的地方進行資料交換,同樣的,RS-485匯流排長距離通訊的最大速率為110Kbps,而現在快速乙太網(100M)已經基本普及,千兆乙太網則正在逐步進入工業控制領域,所以乙太網的通訊容量以及在乙太網上通訊的裝置數量基本上沒有任何限制。

5.通過乙太網通訊實現真正的“管控一體化”,隨著工業控制自動化程度以及辦公系統自動化程度的加深,現在提出了工業控制領域“管控一體化”的目標,也就是說工業控制系統與辦公自動化系統能夠緊密結合,資訊互通有無實現無縫對接。由於現在辦公系統都是基於乙太網進行資料交換,所有的軟體都是基於乙太網執行,與乙太網裝置通訊無需作任何修改,可以直接與之通訊,能夠快速的將工業控制網路中的乙太網裝置的相關資料整合進辦公自動化系統。

讓串列埠裝置具備乙太網介面可以通過兩個方案來實現,一個是通過採用外掛的串列埠伺服器來實現串列埠轉網路功能,串列埠伺服器向上提供一個乙太網介面與乙太網連線,向下提供一個RS-232/485/422串列埠與串列埠裝置連線,提供串列埠資料訊號與乙太網資料訊號的雙向透明傳輸,使得串列埠裝置立即具備乙太網介面連線網路通訊。另一個是通過嵌入式的串列埠網橋來實現串列埠裝置到乙太網裝置的升級換代,將串列埠裝置的TTL電平直接引出乙太網介面,使得裝置的通訊介面由串列埠升級為乙太網介面。