在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)施中，設(shè)備的異構(gòu)性帶來(lái)了數(shù)據(jù)集成和通信的挑戰(zhàn)。為了有效地實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，Modbus轉(zhuǎn)OPC UA網(wǎng)關(guān)成為了一種常見(jiàn)的解決方案，本文將詳細(xì)說(shuō)明利用鋇錸技術(shù)的OPC UA網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交換。

一、Modbus和OPC UA簡(jiǎn)介

Modbus是一種通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。Modbus RTU是一種緊湊的，采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)的方式，Modbus ASCII是一種人類可讀的，冗長(zhǎng)的表示方式。這兩個(gè)變種都使用串行通信(serial communication)方式。RTU格式后續(xù)的命令/數(shù)據(jù)帶有循環(huán)冗余校驗(yàn)的校驗(yàn)和，而ASCII格式采用縱向冗余校驗(yàn)的校驗(yàn)和。

OPC UA是一種開放的通信和數(shù)據(jù)模型規(guī)范，用于實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、跨廠商的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)集成。從OPC 到OPC UA是為了實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)中的分布式對(duì)象技術(shù)，方式變成了與平臺(tái)無(wú)關(guān)、面向了開放系統(tǒng)。

二、異構(gòu)設(shè)備間的挑戰(zhàn)

工業(yè)設(shè)施中通常存在多種異構(gòu)設(shè)備，它們可能使用不同的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式。這些設(shè)備之間要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和集成，需要克服以下挑戰(zhàn)：

1. 協(xié)議差異: 不同設(shè)備可能使用不同的通信協(xié)議，如Modbus RTU、Modbus TCP/IP等。

2. 數(shù)據(jù)格式: 數(shù)據(jù)在不同設(shè)備間的編碼和解碼方式可能不同，需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。

3. 安全性和穩(wěn)定性: 數(shù)據(jù)交換過(guò)程中需要確保數(shù)據(jù)安全性和通信穩(wěn)定性，尤其是在工業(yè)環(huán)境中。

三、Modbus轉(zhuǎn)OPC UA網(wǎng)關(guān)的作用

1. 協(xié)議轉(zhuǎn)換: 網(wǎng)關(guān)能夠?qū)odbus協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為OPC UA標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型，使得不同設(shè)備間可以通過(guò)統(tǒng)一的接口進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。

2. 數(shù)據(jù)整合: 網(wǎng)關(guān)可以收集、整合來(lái)自多個(gè)Modbus設(shè)備的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為符合OPC UA規(guī)范的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提供給上層應(yīng)用或其他系統(tǒng)使用。

3. 安全和擴(kuò)展性: OPC UA提供了高級(jí)的安全性機(jī)制，包括加密、認(rèn)證和權(quán)限控制，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴Ｍ瑫r(shí)，OPC UA也支持在不同網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)之間進(jìn)行跨平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)的通信，具有很好的擴(kuò)展性。

四、應(yīng)用

以COM2口采集本公司工業(yè)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)采集模塊系列M140T 的DI和DO數(shù)據(jù)為例，COM2 口通過(guò) Modbus RTU 協(xié)議采集， LAN 口通過(guò) Modbus TCP 協(xié)議采集。
1．M140T 和 S475 設(shè)備接入 BL121 網(wǎng)關(guān)設(shè)備

BL121 網(wǎng)關(guān)的 LAN 口接入交換機(jī)，S475 連接到交換機(jī)，使用 LAN 口通過(guò) Modbus TCP 協(xié)議采集 S475 數(shù)據(jù)。LAN 口接交換機(jī)時(shí)，LAN 口上不能接其他網(wǎng)段的網(wǎng)線進(jìn)來(lái)。使用 COM2 口通過(guò) Modbus RTU 協(xié)議采集 M140T 的數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò) WAN 口連接 4G 路由器 R40，使用 R40 的路由功能將數(shù)據(jù)上傳到各個(gè)云平臺(tái)。 注：WAN 口和 LAN 口都可以采集設(shè)備，示例是介紹 LAN 口采集設(shè)備，WAN 采集設(shè)備的配置和 LAN 采集設(shè)備的配置原理一樣。
2. COM 口采集配置
COM2 通過(guò) Modbus RTU 采集 M140T 的數(shù)據(jù)，COM2 口配置如下：

（1）雙擊“COM2”，彈出 COM 屬性配置框。
（2）模式選擇：采集。
（3）因通過(guò) RS485 COM 口采集 M140T 設(shè)備，使用 Modbus RTU 協(xié)議，設(shè)備品牌：Modbus，設(shè)備型號(hào)：Modbus RTU。按鈕里面，輪詢周期和通訊超時(shí)設(shè)置默認(rèn)，根據(jù)需求設(shè)置。
（4）波特率、停止位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位根據(jù) M140T RS485 口的參數(shù)進(jìn)行配置，與其保持一致。
（5）點(diǎn)擊“確定”。
注：點(diǎn)擊“寫入配置”網(wǎng)關(guān)設(shè)備將自動(dòng)重啟，重啟后 COM 口的配置才會(huì)生效。
添加 COM 口設(shè)備 M140T

（1）點(diǎn)擊“COM2”，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，點(diǎn)擊“添加”，彈出設(shè)備配置框。
（2）設(shè)備名 稱任意填寫，如：填寫 M140T。
（3）從站 ID 根據(jù)采集設(shè)備的 Modbus ID 填寫，如： M140T 的 Modbus ID 是“1”，因此，填寫“1”。
（4）根據(jù)要采集的數(shù)據(jù)選擇數(shù)據(jù)類 型，示例是采集 M140T 的 DI 和 DO，都是布爾類型沒(méi)有采集數(shù)值類型的寄存器，故默 認(rèn)即可。
（5）寫功能碼：默認(rèn)，M140T 支持寫多個(gè)寄存器。
（6）點(diǎn)擊“確定”，添加 M140T 設(shè)備。
注：點(diǎn)擊確定后會(huì)在 COM2 下顯示添加的設(shè)備見(jiàn)上圖顯示出來(lái) M140T，如果想添加多 個(gè)設(shè)備，重復(fù)（1）--（6）步驟即可。
注：點(diǎn)擊“寫入配置”網(wǎng)關(guān)設(shè)備將自動(dòng)重啟，重啟后添加 COM2 口的 M140T 設(shè)備才添 加成功。
3. 添加 M140T 的數(shù)據(jù)點(diǎn)

（1）點(diǎn)擊“M140T”，鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)到方框內(nèi)，鼠標(biāo)右鍵，點(diǎn)擊“添加”彈出數(shù)據(jù)點(diǎn) 設(shè)置框。
（2）變量名稱：命名數(shù)據(jù)點(diǎn)的名字，如：DO1。
（3）數(shù)據(jù)點(diǎn)的 MQTT 標(biāo)識(shí) 符，可以任意填寫。標(biāo)識(shí)符不能重復(fù)，如：DO1 數(shù)據(jù)點(diǎn)的 MQTT 標(biāo)識(shí)填寫為 DO1。
（4） 根據(jù)需求選擇采集地址按什么數(shù)據(jù)格式填寫輸入網(wǎng)關(guān)，OCT/DEC/HEX 分別是八進(jìn)制/ 十進(jìn)制/十六進(jìn)制。采集 Modbus 協(xié)議地址按十進(jìn)制輸入，故示例選擇十進(jìn)制。
（5）地 址類型：根據(jù)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)支持的功能碼選擇，如采集 M140T 的 DO 是支持“01”功 能碼，故選擇“01 Coil Status”，DI 是支持“02”功能碼，故選擇“02 Input Status”。
（6）地址：采集數(shù)據(jù)點(diǎn)的寄存器地址，如：數(shù)據(jù)點(diǎn) DO1 在 M140T 里面是“0”寄存器 地址，故填寫“0”。
（7）數(shù)據(jù)類型：根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)選擇，如：M140T 的 DI 和 DO 都是 線圈類型故選擇“bool”。
（8）添加數(shù)量：如果是采集連續(xù)地址，同一功能碼可以多 個(gè)采集。
（9）讀寫類型：根據(jù)“地址類型”的選項(xiàng)選擇自動(dòng)識(shí)別。
（10）modbus 映射 地址：填寫采集到的數(shù)據(jù)點(diǎn)存儲(chǔ)到 BL110 網(wǎng)關(guān)設(shè)備的地址，可以隨意填寫。映射地址不 能重復(fù)。范圍：0-2000。如：采集 DO1 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到 BL110 網(wǎng)關(guān)“16”寄存器地址。 配置軟件上映射地址外面表示 Modbus 地址，括號(hào)里面 M.XXX 表示 PLC Modbus 地址。
（11）變量單位：根據(jù)需求任意填寫，也可以不填寫。
（12）點(diǎn)擊“確定”。
注：點(diǎn)擊“確定”后數(shù)據(jù)點(diǎn)會(huì)在方框內(nèi)顯示出來(lái)見(jiàn)上圖，如果想繼續(xù)添加數(shù)據(jù)點(diǎn)，在方 框鼠標(biāo)右鍵，點(diǎn)擊“添加”彈出數(shù)據(jù)點(diǎn)配置框，重復(fù)（2）--（12）步驟。
注：點(diǎn)擊“寫入配置”網(wǎng)關(guān)將自動(dòng)重啟，重啟后采集 M140T 添加的數(shù)據(jù)點(diǎn)才生效。
4. OPC UA 的配置

（1）雙擊“OPC UA”彈出 OPC UA 配置框。
（2）點(diǎn)擊啟用按鈕，啟用 OPC UA。 默認(rèn)：關(guān)閉。灰色表示：不啟用，綠色表示：?jiǎn)⒂谩?br /> （3）端口：OPC UA 端口，默認(rèn)： 4840。
（4）Anonymous：?jiǎn)⒂茫硎静挥糜脩裘B接。
（5）User 、Password：用戶名和用戶密碼，因啟用無(wú)用戶連接，故不用填寫。
（6）安全策略：選擇 OPC UA 是 否加密連接。本示例選擇無(wú)加密連接。
（7）Certificate、PrivateKey：OPC UA 證書和密鑰，因選擇無(wú)加密連接，故不用上傳證書和密鑰。
（8）點(diǎn)擊“確定”，確定 OPC UA 的配置。
（9）點(diǎn)擊“寫入配置”，網(wǎng)關(guān)設(shè)備重啟后，OPC UA 才啟用。

五、網(wǎng)關(guān)特點(diǎn)

1. 寬工作電壓設(shè)計(jì)，支持DC 9-36V供電，接口為接線端子方式，帶有防反接保護(hù)設(shè)計(jì)；
2. 支持6路RS232/RS485可選輸入；
3. 支持2路RJ45以太網(wǎng)口，分別為 1LAN +1WAN，WAN口和LAN口可以直接采集設(shè)備或采集級(jí)聯(lián)交換機(jī)上 的設(shè)備；
4. 支持遠(yuǎn)程配置參數(shù)和遠(yuǎn)程升級(jí)固件；
5. 支持SNMPV1/V2；支持路由功能；支持OpenVPN功能；
6. 支持Modbus RTU 轉(zhuǎn) Modbus TCP、透明傳輸。

通過(guò)使用鋇錸技術(shù)的Modbus轉(zhuǎn)OPC UA網(wǎng)關(guān)，工業(yè)設(shè)備可以克服異構(gòu)性帶來(lái)的數(shù)據(jù)集成挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間高效的數(shù)據(jù)交換和共享。

審核編輯 黃宇