1.引言
當(dāng)前, 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是工業(yè)控制領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)相比,工業(yè)以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、為所有的編程語(yǔ)言所支持、軟硬件資源豐富、易于與Internet連接、可實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接等諸多優(yōu)點(diǎn)。由于這些優(yōu)點(diǎn),特別是與信息傳輸技術(shù)的無(wú)縫集成以及傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法比擬的傳輸帶寬,以太網(wǎng)得到了工業(yè)界的認(rèn)可。
傳統(tǒng)的通信方式通常使用RS232、RS485或RS422方式實(shí)現(xiàn),但是隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用需求的提升,傳統(tǒng)串口通信的缺點(diǎn)也日益凸現(xiàn),比如:通信距離短、速率低、可靠性低、網(wǎng)絡(luò)特性差、需要專門布線等等。以太網(wǎng)通信可以很好地解決串口通信所存在的不足。隨著以太網(wǎng)技術(shù)長(zhǎng)期 穩(wěn)定的發(fā)展與成熟,它已經(jīng)成為局域網(wǎng)中的主流通信方式,同時(shí)以太網(wǎng)也是Internet的主要組成部分,利用以太網(wǎng)技術(shù),也可以方便的實(shí)現(xiàn)Internet遠(yuǎn)程通信。
為升級(jí)串口通信,串口以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,隨著此項(xiàng)技術(shù)的成熟與發(fā)展,串口設(shè)備也可以很好的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信,發(fā)揮出網(wǎng)絡(luò)通信的優(yōu)勢(shì),適應(yīng)更高的需求。
2.串口以太網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介
串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換設(shè)備和模塊,因?yàn)榭紤]到已有的串口網(wǎng)絡(luò)、通信方式,以及進(jìn)入以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中存在各種新情況(如IP地址分配,域名解析,網(wǎng)絡(luò)安全,網(wǎng)絡(luò)性能),所以需要應(yīng)用很多的新技術(shù),我們以市場(chǎng)上的一款產(chǎn)品串口以太網(wǎng)產(chǎn)品為例,介紹這些技術(shù)。
廣州致遠(yuǎn)電子有限公司開發(fā)的ZNE系列嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊以及NETCOM系列串口服務(wù)器等以太網(wǎng)產(chǎn)品,積累了多年的經(jīng)驗(yàn),很好地利用了先進(jìn)的以太網(wǎng)技術(shù),充分地考慮了這種轉(zhuǎn)換的應(yīng)用需求,在串口以太網(wǎng)技術(shù)中擁有先進(jìn)的技術(shù)特點(diǎn),使得用戶可以更方便、更快捷、更放心地將他的串口設(shè)備接入到以太網(wǎng)中,提高系統(tǒng)的價(jià)值。
下面分別介紹一下其中幾項(xiàng)具有代表性的技術(shù):
對(duì)于已有的串口通信網(wǎng)絡(luò)(或者單獨(dú)的串口設(shè)備),如何最低成本的升級(jí)到網(wǎng)絡(luò),是一個(gè)值得考慮的問(wèn)題:已有設(shè)備不便于重新添加電路,新開發(fā)的產(chǎn)品沒有時(shí)間和精力去開發(fā)網(wǎng)絡(luò)接口,最好能有一個(gè)方法,使得一切看起來(lái)和之前的串口一摸一樣,但是又使用了以太網(wǎng)。
這種技術(shù)便是虛擬串口技術(shù),它將串口通信封裝在網(wǎng)絡(luò)中,通過(guò)windows上位機(jī)驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)到串口的映射,讓使用者像使用真實(shí)串口一樣使用網(wǎng)絡(luò)串口。
ZNE/NETCOM系列支持虛擬串口工作模式,不需更改設(shè)備代碼,也不需要修改該寫上位機(jī)軟件,只要使用ZNE/NETCOM系列產(chǎn)品,運(yùn)行上位機(jī)虛擬串口軟件驅(qū)動(dòng),就可以由原有的串口通信,無(wú)縫的升級(jí)到以太網(wǎng)通訊方式。
圖 1 虛擬串口技術(shù)
在對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩杂锌紤]的場(chǎng)合,如ATM取款機(jī),POS機(jī)等,用戶往往希望通訊設(shè)備本身在底層上提供安全保障機(jī)制,網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備遭受攻擊和數(shù)據(jù)盜取的危險(xiǎn)往往比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更嚴(yán)重,為此串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換設(shè)備需要建立一套防火墻機(jī)制,為數(shù)據(jù)傳輸提供保障。
ZNE/NETCOM提供先進(jìn)的安全機(jī)制,防止未授權(quán)者的非法訪問(wèn),提供防火墻IP地址篩選,最多設(shè)置8個(gè)認(rèn)證IP或IP段,能夠有效的保障網(wǎng)絡(luò)安全。
另外,NETCOM設(shè)備還根據(jù)應(yīng)用需要,提供256位密鑰的AES數(shù)據(jù)加密技術(shù),為通訊加上一把不能破解的安全鎖。
圖 2 網(wǎng)絡(luò)安全
2.3 IE配置和監(jiān)控
由串口升級(jí)到以太網(wǎng)的設(shè)備,自然需要既可以從串口端本地訪問(wèn),也要能方便地從網(wǎng)絡(luò)端訪問(wèn),最簡(jiǎn)便的方式是通過(guò)IE瀏覽器直接訪問(wèn)、配置和監(jiān)控,無(wú)需安裝任何軟件,機(jī)動(dòng)性非常高。
訪問(wèn)、配置和監(jiān)控包括轉(zhuǎn)換設(shè)備的管理,以及對(duì)于串口設(shè)備本身的管理。
圖 3 Web服務(wù)器
串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊ZNE內(nèi)置Web服務(wù)器,并提供JAVA庫(kù)及1.3M網(wǎng)頁(yè)文件下載空間,用戶可編寫自己的網(wǎng)頁(yè),對(duì)串口數(shù)據(jù)、GPIO、ADC等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,支持多個(gè)Web瀏覽器同時(shí)訪問(wèn)。
串口設(shè)備聯(lián)入的網(wǎng)絡(luò)若是通過(guò)ADSL Modem上網(wǎng),那么它的公網(wǎng)IP地址是由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商動(dòng)態(tài)分配的,而網(wǎng)絡(luò)中的通信是必須IP對(duì)IP的,為了解決這個(gè)問(wèn)題,網(wǎng)絡(luò)上使用域名機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)IP的查找,因此,串口設(shè)備要在此環(huán)境中正常工作,需要支持域名解析(DNS技術(shù))。
ZNE/NETCOM系列產(chǎn)品的設(shè)備,支持DNS協(xié)議,可以通過(guò)域名解析獲得服務(wù)器的動(dòng)態(tài)IP,網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的靈活性大大增強(qiáng)。
ZNE/NETCOM甚至不需指定IP,內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的DHCP協(xié)議可以自動(dòng)地從路由獲取IP地址。
圖 4 DNS域名解析
連接在網(wǎng)絡(luò)上的監(jiān)控設(shè)備,并不是時(shí)時(shí)刻刻都需要網(wǎng)絡(luò)通信的,因此,使設(shè)備具有不通訊時(shí)自動(dòng)斷開網(wǎng)絡(luò)連接的功能,無(wú)疑會(huì)給設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大的資源節(jié)省,同時(shí)也減少了對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的占用。
ZNE/NETCOM不僅能通過(guò)設(shè)置,找到系統(tǒng)通信的空閑狀態(tài),而且能夠檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通狀態(tài),檢測(cè)監(jiān)控方是否在線,在各種無(wú)需聯(lián)通的情況下,ZNE/NETCOM都會(huì)斷開TCP連接。
設(shè)備端網(wǎng)絡(luò)故障
ZNE/NETCOM系列產(chǎn)品能夠檢測(cè)自身物理連接,并在物理連接斷開的情況下,自動(dòng)斷開TCP連接,也可以關(guān)閉該功能,待物理連接正常之后,繼續(xù)原先的連接。
圖 5 物理連接檢測(cè)
監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)端故障
使用“心跳檢測(cè)”功能的原因包括監(jiān)控者關(guān)機(jī)、網(wǎng)絡(luò)斷開、軟件關(guān)閉、程序錯(cuò)誤或網(wǎng)絡(luò)故障等原因。
該檢測(cè)機(jī)制的原理是:當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí),通信進(jìn)入傳輸空閑狀態(tài),如圖 6所示ZNE/NETCOM會(huì)啟動(dòng)一個(gè)計(jì)時(shí)器,對(duì)空閑狀態(tài)進(jìn)行計(jì)時(shí),如果到達(dá)一定的時(shí)間之后仍然處于傳輸空閑狀態(tài),那么有可能是對(duì)方或者網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題,這時(shí)它會(huì)給對(duì)方發(fā)送一個(gè)心跳包,如果一切正常,那么對(duì)方會(huì)回發(fā)一個(gè)心跳回應(yīng)包,如果未收到回應(yīng),那么可以斷定出現(xiàn)故障,它將斷開當(dāng)前TCP連接,準(zhǔn)備下一次連接。
TCP超時(shí)連接斷開
如果ZNE/NETCOM連接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用精簡(jiǎn)的、不完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,不支持心跳檢測(cè)(PC及標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均支持),那么還可以使用“超時(shí)連接斷開”機(jī)制結(jié)束出現(xiàn)故障的網(wǎng)絡(luò)連接。
當(dāng)兩次數(shù)據(jù)傳輸之間的間隔比較大時(shí),超時(shí)連接斷開功能可以有效的節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源,如圖 7所示,傳輸空閑時(shí)間大于用戶設(shè)定的超時(shí)時(shí)間,那么ZNE/NETCOM將自動(dòng)斷開TCP連接,直到串口或者網(wǎng)絡(luò)有數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí),再次啟動(dòng)TCP連接。ZNE/NETCOM使用大量的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)緩存數(shù)據(jù),使得再次啟動(dòng)也不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。
如果傳輸空閑間隔小于超時(shí)時(shí)間,那么定時(shí)器將在未計(jì)滿的情況下歸零并停止,直到下次進(jìn)入空閑后再啟動(dòng)
3.以太網(wǎng)串口產(chǎn)品
廣州致遠(yuǎn)電子有限公司多年來(lái)專心于以太網(wǎng)技術(shù)(Ethernet/IP)的研究,在網(wǎng)絡(luò)兼容性和安全保密上具有很高的造詣和豐富的經(jīng)驗(yàn),在以太網(wǎng)技術(shù)上擁有眾多技術(shù)創(chuàng)新。廣州致遠(yuǎn)電子有限公司開發(fā)的ZNE系列嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊以及NETCOM系列串口服務(wù)器等產(chǎn)品很好的利用先進(jìn)的以太網(wǎng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了串口通信向以太網(wǎng)通信的完美升級(jí)。廣州致遠(yuǎn)電子有限公司開發(fā)的以太網(wǎng)串口產(chǎn)品如表1所示。
表1 以太網(wǎng)串口產(chǎn)品目錄
產(chǎn)品型號(hào) |
接口電平/方式 |
產(chǎn)品簡(jiǎn)介 |
嵌入式以太網(wǎng)串口轉(zhuǎn)換模塊 |
TTL-UART |
嵌入到用戶設(shè)備中增加以太網(wǎng)接口 |
串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器 |
RS-232/485/422 |
幫助單個(gè)用戶設(shè)備連入以太網(wǎng) |
多串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器 |
RS-232/485/422 |
幫助多個(gè)用戶設(shè)備連入以太網(wǎng) |
多串口設(shè)備安全聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器 |
RS-232/485/422 |
幫助多個(gè)用戶設(shè)備安全連入以太網(wǎng) |
Modbus通訊網(wǎng)關(guān) |
RS-232/485/422 |
連通Modbus TCP設(shè)備和Modbus RTU/ASCII設(shè)備 |
以太網(wǎng)CAN-bus轉(zhuǎn)換設(shè)備 |
CAN-bus |
把CAN-bus總線連入以太網(wǎng) |
廣州致遠(yuǎn)電子有限公司以太網(wǎng)串口產(chǎn)品擁有很大的市場(chǎng)份額,具有很高的市場(chǎng)知名度,在穩(wěn)定性、兼容性、可靠性上擁有良好的口碑。廣州致遠(yuǎn)電子有限公司將致力于開發(fā)最好的以太網(wǎng)產(chǎn)品,滿足各個(gè)行業(yè)不同客戶的需求。廣州致遠(yuǎn)電子有限公司( www.embedcontrol.com)咨詢熱線:020-28872342
4 結(jié)語(yǔ)
串口以太網(wǎng)產(chǎn)品在地鐵,煤礦,銀行,超市,稱重行業(yè)都有了廣泛的應(yīng)用,但是仍然有許多的產(chǎn)品開發(fā)商,系統(tǒng)集成商面臨著開發(fā)成本、開發(fā)周期、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)性能,使用難易度等方面的問(wèn)題,串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換設(shè)備的專業(yè)廠家已經(jīng)針對(duì)這些問(wèn)題做了詳細(xì)的分析,并設(shè)計(jì)出讓符合用戶需求的產(chǎn)品,最低成本,最高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)了串口通信向網(wǎng)絡(luò)通訊的完美升級(jí)。
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