Modbus的應用及解決方案
計算機通信結構已從最老的主機/終端(Mainframe-Terminal),過(guò)渡到客戶(hù)機/服務(wù)器(C/S),再到現今的Web服務(wù)器/Browser瀏覽器方式,本文Web服務(wù)指的就是后者。
Web服務(wù)實(shí)際定義了3個(gè)標準:
(1)Web服務(wù)器使用HTML語(yǔ)言編程。
(2)Browser瀏覽器使用因特網(wǎng)瀏覽器:如微軟Internet Explorer、網(wǎng)景公司Navigator等。
(3)網(wǎng)絡(luò )傳輸協(xié)議為:基于TCP/IP的HTTP協(xié)議。
這樣,從客戶(hù)端就可用圖形畫(huà)面來(lái)和服務(wù)器進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互了。
互聯(lián)網(wǎng)上Web的出現可與計算機上出現的Windows相媲美,用戶(hù)可通過(guò)圖形界面得到網(wǎng)上的各種資源,入網(wǎng)門(mén)坎大大降低,上網(wǎng)人數大大增加,這也是這兩年為何網(wǎng)站和網(wǎng)民急劇增加的原因,也是為什么微軟和網(wǎng)景為爭奪瀏覽器市場(chǎng)份額而拼得你死我活的根源。
既然在IT領(lǐng)域,Web服務(wù)已非常成熟和成功,那么能否把它引入工業(yè)網(wǎng)絡(luò ),使用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )得到增值?答案是肯定的,施耐德公司已對此進(jìn)行了有益的探索,很多用戶(hù)也從中受益,取得了很多成果。
1. Web服務(wù)的可擴展性
目前,施耐德公司自動(dòng)化產(chǎn)品中(如NOE、ETY以太網(wǎng)模板)已內置了許多通信和Web服務(wù)功能,用戶(hù)可按自己的需要,實(shí)現不同層次的服務(wù)。 字串7
(1)層次A:無(wú)Web功能,用戶(hù)可通過(guò)TCP/IP Modbus,實(shí)現Modbus信息交換和FDR(Faulty Device Replacement,故障設備在線(xiàn)更換),對設備監控和I/O服務(wù)。
(2)層次B:基本W(wǎng)eb功能,通過(guò)內置web服務(wù)器,可對設備進(jìn)行組態(tài)、配置、維護、監視診斷和建立文檔,并對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行管理。
(3)層次C:可配置的Web功能,用戶(hù)可自已制作動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè),實(shí)現瘦客戶(hù)機的人機界面功能,另外,還可實(shí)現信息的發(fā)布與訂閱(也稱(chēng)全局數據功能)、帶寬管理、I/O掃描器功能,完成更高一步的所謂“協(xié)同自動(dòng)化”理念,是一種增值服務(wù)。
(4)層次D:更有效的Web服務(wù),通過(guò)進(jìn)一步擴展的服務(wù),如將來(lái)的分布式控制、更高級的人機界面,以及和IT網(wǎng)絡(luò )更緊密的連接;如通過(guò)電子郵件、手機短信、各種數據庫接口,來(lái)實(shí)現管理網(wǎng)和控制網(wǎng)的無(wú)縫集成。
2. Web自動(dòng)化給用戶(hù)帶來(lái)的優(yōu)勢
(1)對操作員:容易使用,因使用相同的瀏覽工具,而瀏覽器目前是免費的,還可從網(wǎng)上免費下載。
使用操作界面無(wú)需預先的知識和培訓,可通過(guò)不同超級鏈接,接至如操作、維護、工藝流程、產(chǎn)品資料等服務(wù)器,實(shí)現在線(xiàn)學(xué)習、操作、維護,以及局域網(wǎng)、本地網(wǎng)、遠程網(wǎng)跨區域遠程現場(chǎng)設備的監控功能。
字串5
(2)對企業(yè)管理人員:低投入、具有擴展性、基于“瘦客戶(hù)機”的人機界面,使信息可在企業(yè)內任何網(wǎng)絡(luò )級別訪(fǎng)問(wèn),隨時(shí)掌握企業(yè)產(chǎn)品率、成品率及銷(xiāo)售和財務(wù)狀況,通過(guò)與SCM、ERP、CRM等互聯(lián),可及時(shí)了解市場(chǎng)變化、物流供給和企業(yè)資源等信息,保證系統正常運行,創(chuàng )造企業(yè)良性循環(huán)。
(3)對IT管理人員:因使用標準化通用網(wǎng)絡(luò ),故信息網(wǎng)和控制已合二為一,減少多重的數據庫,減少系統集成的難度,降低總體費用。
由于使用通用組件,從網(wǎng)絡(luò )、計算機到應用軟件都降低了IT的采購開(kāi)銷(xiāo),(如瀏覽器、網(wǎng)絡(luò )計算機、瘦客戶(hù)機、TCP/IP以太網(wǎng)等),同時(shí)維護與備件費用也很低廉。
通過(guò)已有TCP/IP以太網(wǎng),還可提供各種增值服務(wù),如IP電話(huà)、IP視頻等。
如用戶(hù)有興趣,IT人員還可把局域網(wǎng)接入Internet網(wǎng),加上若干安全機制,如防火墻、VPN等技術(shù),用戶(hù)可隨時(shí)、隨地以各種上網(wǎng)方式通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)獲取企業(yè)內信息。
四 Modbus和Modbus TCP的部分應用舉例
(1)半導體制造業(yè)
設備:SCADA/PLC;功能:純凈水制作,化學(xué)液泄漏檢測,清潔廠(chǎng)房空調和設施。
(2)紡織機械
設備:PLC/運動(dòng)控制;功能:T恤衫口袋自動(dòng)加裝機。 字串9
(3)公共設施,如超市、倉庫、商務(wù)辦公樓等
設備:PLC/PC;功能:配電,空調系統,加熱與制冷。
(4)采礦業(yè)
設備:SCADA/PLC/DCS/以太網(wǎng);功能:把遠端相關(guān)信息送至主站,如火車(chē)、卡車(chē)運送情況等。
(5)塑料機械
設備:PLC/PC/網(wǎng)絡(luò );功能:通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對稱(chēng)重系統進(jìn)行監視和控制。
(6)微電子業(yè)
設備:PLC/PC;功能:清潔廠(chǎng)房的空調,空氣處理和真空,廢料的處理,水處理,原料分配,環(huán)境監測,電力監控。
(7)食品和飲料業(yè)
設備:PLC/PC/MODEM;功能:對飲料進(jìn)行可靠、可重復、詳細的檢測和報告。
(8)水處理行業(yè)
設備:RTU/以太網(wǎng)/無(wú)線(xiàn)網(wǎng);功能:功率表結合遠程控制,可獲得實(shí)時(shí)檢測水泵的美元/加侖值。
(9)水泥制造業(yè)
設備:PLC/PC/網(wǎng)絡(luò );功能:水泥生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。
(10)核技術(shù)
設備:MCC/PLC/網(wǎng)絡(luò );功能:控制氚(氫的放射性同位素)的生產(chǎn)。
(11)起重設備
設備:PLC/DC Drives/AC Drives;功能:港口吊裝機械的運行控制。
(12)冶金設備
設備:PLC/運動(dòng)控制/DC Drives;功能:鋼板長(cháng)度的精確切割。
(13)供水系統 字串7
設備:PLC/PC/網(wǎng)絡(luò );功能:完成供水系統的監視和控制。
五 Modbus今后的發(fā)展
為更好普及和推動(dòng)Modbus在基于以太網(wǎng)上的分布式應用,目前施耐德公司已將Modbus協(xié)議的所有權移交給IDA(Interface for Distributed Automation,分布式自動(dòng)化接口)組織(www.Modbus-IDA.org),并成立了Modbus-IDA組織,為Modbus今后的發(fā)展奠定了基礎。作為一家非盈利、獨立、基于Web的社團,Modbus-IDA組織的任務(wù)是:鼓勵自動(dòng)化設備的獨立使用者和制造商,采用Modbus通信協(xié)議,使用分布式自動(dòng)化架構,為多個(gè)市場(chǎng)提供相應產(chǎn)品。Modbus-IDA將提供基礎平臺,使用戶(hù)能得到和共享協(xié)議、應用和認證信息,最終降低使用成本。Modbus-IDA被IEC授予世界領(lǐng)先的電氣和服務(wù)標準組織“類(lèi)別D”的聯(lián)絡(luò )員身份,目前正參與制造和過(guò)程自動(dòng)化環(huán)境的數字化通信方面的定義,且已提交了基于TCP/IP的Modbus和RTPS(Real-time Publish/Subscribe,實(shí)時(shí)數據的發(fā)布與訂閱)協(xié)議,作為IEC的PAS(Publicly Available Specification,公共可用規范)。
(2)對企業(yè)管理人員:低投入、具有擴展性、基于“瘦客戶(hù)機”的人機界面,使信息可在企業(yè)內任何網(wǎng)絡(luò )級別訪(fǎng)問(wèn),隨時(shí)掌握企業(yè)產(chǎn)品率、成品率及銷(xiāo)售和財務(wù)狀況,通過(guò)與SCM、ERP、CRM等互聯(lián),可及時(shí)了解市場(chǎng)變化、物流供給和企業(yè)資源等信息,保證系統正常運行,創(chuàng )造企業(yè)良性循環(huán)。
(3)對IT管理人員:因使用標準化通用網(wǎng)絡(luò ),故信息網(wǎng)和控制已合二為一,減少多重的數據庫,減少系統集成的難度,降低總體費用。
由于使用通用組件,從網(wǎng)絡(luò )、計算機到應用軟件都降低了IT的采購開(kāi)銷(xiāo),(如瀏覽器、網(wǎng)絡(luò )計算機、瘦客戶(hù)機、TCP/IP以太網(wǎng)等),同時(shí)維護與備件費用也很低廉。
通過(guò)已有TCP/IP以太網(wǎng),還可提供各種增值服務(wù),如IP電話(huà)、IP視頻等。
如用戶(hù)有興趣,IT人員還可把局域網(wǎng)接入Internet網(wǎng),加上若干安全機制,如防火墻、VPN等技術(shù),用戶(hù)可隨時(shí)、隨地以各種上網(wǎng)方式通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)獲取企業(yè)內信息。
四 Modbus和Modbus TCP的部分應用舉例
(1)半導體制造業(yè)
設備:SCADA/PLC;功能:純凈水制作,化學(xué)液泄漏檢測,清潔廠(chǎng)房空調和設施。
(2)紡織機械
設備:PLC/運動(dòng)控制;功能:T恤衫口袋自動(dòng)加裝機。 字串9
(3)公共設施,如超市、倉庫、商務(wù)辦公樓等
設備:PLC/PC;功能:配電,空調系統,加熱與制冷。
(4)采礦業(yè)
設備:SCADA/PLC/DCS/以太網(wǎng);功能:把遠端相關(guān)信息送至主站,如火車(chē)、卡車(chē)運送情況等。
(5)塑料機械
設備:PLC/PC/網(wǎng)絡(luò );功能:通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對稱(chēng)重系統進(jìn)行監視和控制。
(6)微電子業(yè)
設備:PLC/PC;功能:清潔廠(chǎng)房的空調,空氣處理和真空,廢料的處理,水處理,原料分配,環(huán)境監測,電力監控。
(7)食品和飲料業(yè)
設備:PLC/PC/MODEM;功能:對飲料進(jìn)行可靠、可重復、詳細的檢測和報告。
(8)水處理行業(yè)
設備:RTU/以太網(wǎng)/無(wú)線(xiàn)網(wǎng);功能:功率表結合遠程控制,可獲得實(shí)時(shí)檢測水泵的美元/加侖值。
(9)水泥制造業(yè)
設備:PLC/PC/網(wǎng)絡(luò );功能:水泥生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。
(10)核技術(shù)
設備:MCC/PLC/網(wǎng)絡(luò );功能:控制氚(氫的放射性同位素)的生產(chǎn)。
(11)起重設備
設備:PLC/DC Drives/AC Drives;功能:港口吊裝機械的運行控制。
(12)冶金設備
設備:PLC/運動(dòng)控制/DC Drives;功能:鋼板長(cháng)度的精確切割。
(13)供水系統 字串7
設備:PLC/PC/網(wǎng)絡(luò );功能:完成供水系統的監視和控制。
五 Modbus今后的發(fā)展
為更好普及和推動(dòng)Modbus在基于以太網(wǎng)上的分布式應用,目前施耐德公司已將Modbus協(xié)議的所有權移交給IDA(Interface for Distributed Automation,分布式自動(dòng)化接口)組織(www.Modbus-IDA.org),并成立了Modbus-IDA組織,為Modbus今后的發(fā)展奠定了基礎。作為一家非盈利、獨立、基于Web的社團,Modbus-IDA組織的任務(wù)是:鼓勵自動(dòng)化設備的獨立使用者和制造商,采用Modbus通信協(xié)議,使用分布式自動(dòng)化架構,為多個(gè)市場(chǎng)提供相應產(chǎn)品。Modbus-IDA將提供基礎平臺,使用戶(hù)能得到和共享協(xié)議、應用和認證信息,最終降低使用成本。Modbus-IDA被IEC授予世界領(lǐng)先的電氣和服務(wù)標準組織“類(lèi)別D”的聯(lián)絡(luò )員身份,目前正參與制造和過(guò)程自動(dòng)化環(huán)境的數字化通信方面的定義,且已提交了基于TCP/IP的Modbus和RTPS(Real-time Publish/Subscribe,實(shí)時(shí)數據的發(fā)布與訂閱)協(xié)議,作為IEC的PAS(Publicly Available Specification,公共可用規范)。
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