|
1.引言
當前， 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。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、為所有的編程語言所支持、軟硬件資源豐富、易于與Internet連接、可實現(xiàn)辦公自動化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無縫連接等諸多優(yōu)點。由于這些優(yōu)點，特別是與信息傳輸技術(shù)的無縫集成以及傳統(tǒng)技術(shù)無法比擬的傳輸帶寬，以太網(wǎng)得到了工業(yè)界的認可。 傳統(tǒng)的通信方式通常使用RS232、RS485或RS422方式實現(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)，也可以方便的實現(xiàn)Internet遠程通信。
為升級串口通信，串口以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運而生，隨著此項技術(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，適應(yīng)更高的需求。
2.串口以太網(wǎng)技術(shù)簡介
串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換設(shè)備和模塊，因為考慮到已有的串口網(wǎng)絡(luò)、通信方式，以及進入以太網(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，很好地利用了先進的以太網(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)中擁有先進的技術(shù)特點，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)的價值。
下面分別介紹一下其中幾項具有代表性的技術(shù)：
對于已有的串口通信網(wǎng)絡(luò)（或者單獨的串口設(shè)備），如何最低成本的升級到網(wǎng)絡(luò)，是一個值得考慮的問題：已有設(shè)備不便于重新添加電路，新開發(fā)的產(chǎn)品沒有時間和精力去開發(fā)網(wǎng)絡(luò)接口，最好能有一個方法，使得一切看起來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windows上位機驅(qū)動，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)到串口的映射，讓使用者像使用真實串口一樣使用網(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軟件，只要使用ZNE/NETCOM系列產(chǎn)品，運行上位機虛擬串口軟件驅(qū)動，就可以由原有的串口通信，無縫的升級到以太網(wǎng)通訊方式。
圖 1 虛擬串口技術(shù)
在對數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩杂锌紤]的場合，如ATM取款機，POS機等，用戶往往希望通訊設(shè)備本身在底層上提供安全保障機制，網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備遭受攻擊和數(shù)據(jù)盜取的危險往往比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更嚴重，為此串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換設(shè)備需要建立一套防火墻機制，為數(shù)據(jù)傳輸提供保障。
ZNE/NETCOM提供先進的安全機制，防止未授權(quán)者的非法訪問，提供防火墻IP地址篩選，最多設(shè)置8個認證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
由串口升級到以太網(wǎng)的設(shè)備，自然需要既可以從串口端本地訪問，也要能方便地從網(wǎng)絡(luò)端訪問，最簡便的方式是通過IE瀏覽器直接訪問、配置和監(jiān)控，無需安裝任何軟件，機動性非常高。
訪問、配置和監(jiān)控包括轉(zhuǎn)換設(shè)備的管理，以及對于串口設(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庫及1.3M網(wǎng)頁文件下載空間，用戶可編寫自己的網(wǎng)頁，對串口數(shù)據(jù)、GPIO、ADC等進行實時監(jiān)控，支持多個Web瀏覽器同時訪問。
串口設(shè)備聯(lián)入的網(wǎng)絡(luò)若是通過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)商動態(tài)分配的，而網(wǎng)絡(luò)中的通信是必須IP對IP的，為了解決這個問題，網(wǎng)絡(luò)上使用域名機制來實現(xiàn)動態(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，可以通過域名解析獲得服務(wù)器的動態(tài)IP，網(wǎng)絡(luò)訪問的靈活性大大增強。
ZNE/NETCOM甚至不需指定IP，內(nèi)部實現(xiàn)的DHCP協(xié)議可以自動地從路由獲取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，并不是時時刻刻都需要網(wǎng)絡(luò)通信的，因此，使設(shè)備具有不通訊時自動斷開網(wǎng)絡(luò)連接的功能，無疑會給設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)帶來巨大的資源節(jié)省，同時也減少了對網(wǎng)絡(luò)流量的占用。
ZNE/NETCOM不僅能通過設(shè)置，找到系統(tǒng)通信的空閑狀態(tài)，而且能夠檢測網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通狀態(tài)，檢測監(jiān)控方是否在線，在各種無需聯(lián)通的情況下，ZNE/NETCOM都會斷開TCP連接。
設(shè)備端網(wǎng)絡(luò)故障
ZNE/NETCOM系列產(chǎn)品能夠檢測自身物理連接，并在物理連接斷開的情況下，自動斷開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
監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)端故障
使用“心跳檢測”功能的原因包括監(jiān)控者關(guān)機、網(wǎng)絡(luò)斷開、軟件關(guān)閉、程序錯誤或網(wǎng)絡(luò)故障等原因。
該檢測機制的原理是：當無數(shù)據(jù)收發(fā)時，通信進入傳輸空閑狀態(tài)，如圖 6所示ZNE/NETCOM會啟動一個計時器，對空閑狀態(tài)進行計時，如果到達一定的時間之后仍然處于傳輸空閑狀態(tài)，那么有可能是對方或者網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，這時它會給對方發(fā)送一個心跳包，如果一切正常，那么對方會回發(fā)一個心跳回應(yīng)包，如果未收到回應(yīng)，那么可以斷定出現(xiàn)故障，它將斷開當前TCP連接，準備下一次連接。
TCP超時連接斷開
如果ZNE/NETCOM連接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用精簡的、不完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，不支持心跳檢測（PC及標準網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均支持），那么還可以使用“超時連接斷開”機制結(jié)束出現(xiàn)故障的網(wǎng)絡(luò)連接。
當兩次數(shù)據(jù)傳輸之間的間隔比較大時，超時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，傳輸空閑時間大于用戶設(shè)定的超時時間，那么ZNE/NETCOM將自動斷開TCP連接，直到串口或者網(wǎng)絡(luò)有數(shù)據(jù)收發(fā)時，再次啟動TCP連接。ZNE/NETCOM使用大量的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)緩存數(shù)據(jù)，使得再次啟動也不會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。
如果傳輸空閑間隔小于超時時間，那么定時器將在未計滿的情況下歸零并停止，直到下次進入空閑后再啟動
3.以太網(wǎng)串口產(chǎn)品
廣州致遠電子有限公司多年來專心于以太網(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，在以太網(wǎng)技術(shù)上擁有眾多技術(shù)創(chuàng)新。廣州致遠電子有限公司開發(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)品很好的利用先進的以太網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了串口通信向以太網(wǎng)通信的完美升級。廣州致遠電子有限公司開發(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 |
接口電平/方式 |
產(chǎn)品簡介 |
|
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) |
廣州致遠電子有限公司以太網(wǎng)串口產(chǎn)品擁有很大的市場份額，具有很高的市場知名度，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，滿足各個行業(yè)不同客戶的需求。廣州致遠電子有限公司（ www.embedcontrol.com）咨詢熱線：020-28872342 4 結(jié)語
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題，串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換設(shè)備的專業(yè)廠家已經(jīng)針對這些問題做了詳細的分析，并設(shè)計出讓符合用戶需求的產(chǎn)品，最低成本，最高質(zhì)量地實現(xiàn)了串口通信向網(wǎng)絡(luò)通訊的完美升級。
|
