AiGW300智能Modbus多主机网关.docx
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AiGW300智能Modbus多主机网关
AiGW300智能Modbus多主机网关
一、产品介绍
AiGW300是功能强大的智能Modbus多主机网关产品,基本架构采用32位CPU和32M内存,集成3个工业级保护的串口端口,其中1、2口为RS232/RS485两用设计(切换使用),第3口固定为RS485口。
集成1个10/100Mpbs以太网网口,DC8~36V供电,工业级四层PCB设计,支持壁挂式安装耳和DIN30导轨两种安装方式。
AiGW300支持下列通讯方案:
1、2个串口主机和多个以太网主机同时读写一个串口下位机或总线模式。
2、可直接替换集线器的“智能Modbus交换机”模式,替换后,在无需修改任何软件、硬件前提下,可立即实现多主机同时读写下位机功能。
3、可直接替换普通串口服务器的“串口共享服务器”模式,替换后,在无需修改任何软件、硬件前提下,立即实现多主机同时读写下位机功能。
4、普通串口服务器模式
上述在所有模式中,以太网口固定作为主机接口,同时支持ModbusTCP和ModbusRTU协议。
以太网口支持“一天广联Modbus多主机云服务”,此服务可支撑全国范围的多主机同时读写ModbusRTU总线。
并且系统具备主机鉴权、控制权限划分、下位机管理等管理特性。
AiGW300具备自学习算法,全自动运行。
多主机同时读写下位机时及多主机云服务通讯时,无需手动配置任何Modbus参数,并且可达到不低于直连的实时性能。
二、硬件接口
1、硬件布局
2、指示灯说明
Power:
电源指示灯,正常工作时应该为常亮状态,否则请检查设备供电。
Active:
工作指示灯,正常工作时,一秒闪烁一次。
常亮,常灭都为故障状态。
Socket:
TCP/IP连接指示灯,客户端连接到本机Server端口,或本机的Client与主机建立连接后常亮。
只要连接成功一次,此指示灯会一直常亮,直到重启设备。
1:
端口1通讯指示灯
2:
端口2通讯指示灯
3:
端口3通讯指示灯
3、电源输入接口
AiGW300产品供电电源为DC8~36V,最大消耗功率为3瓦。
最大消耗功率是指,以太网为100Mbps连接,所有RS485全部挂接64个下位机时的功率。
PWR-:
为电源输入负极。
PWR+:
为电源输入正极。
:
为接入大地,在强干扰环境或易招雷击的环境下,需要将此端子良好的接入大地。
4、串口分配
AiGW300集成了3个多功能串口,其中1、2口为RS485、RS232二合一端口。
第3口固定为RS485端口。
通过Xframe软件的Telnet管理功能登录进AiGW300管理菜单后,使用u命令,可以修改端口类型。
如下图所示,1、2口可以分别切换为RS485或RS232端口,但是同一端口的RS485\RS232功能不能同时使用。
注意!
端口3固定为RS485端口。
例如,可以将端口1切换为RS232口(接线在RS2321),此时RS4851口将被禁用。
同样的,将端口2切换为RS485口(接线在RS4852),此时RS2322口将被禁用。
出厂默认设置为:
端口1~3均为RS485端口,接线在RS4851~3。
所有RS232口被禁用。
5、RS485口接线
AiGW300支持3路增强型RS485接口,驱动能力为每个口最多支持64个下位机。
标准的RS485接口最多可支持32个下位机,如果准备使用64个下位机,请确认下位机节点所配备的RS485芯片是否能达到64个下位机的驱动要求,即A、B线之间的电阻值应不小于10K。
AiGW300的RS485口设计了工业级保护措施。
具备抵御ESD15KV、600W浪涌、4KV快速脉冲群能力。
出厂时,RS485参数为9600,N,8,1,并且默认开启了全部3个RS485端口,禁用了所有的RS232口。
RS485接法为,A+接A+或+,B-接B-或-,屏蔽层接G。
注意!
RS485通讯线应使用专用的0.5~1mm线径的屏蔽双绞线,通讯距离越远,需要的线径越粗。
屏蔽层应连接到G端子和每个下位机的RS485数字地(或直流供电负极),才会起到屏蔽作用。
如果干扰很小或者没有干扰,可以使用非屏蔽双绞线,但是线径一定不能小于0.5mm,长距离传输应使用1mm或以上线径的通讯线。
不建议用网线做RS485数据传输,如果必须使用网线,可以将2对或4对网线并联使用,可提高通讯质量。
6、RS232口接线
AiGW300支持1路三线制RS232口,RS232信号为:
收R(Rx)、发T(Tx)、信号地G(GND)。
AiGW300的发送信号最高电平大于8V,可直接驱动无源RS485/232转换器或其他Tx取电设备。
AiGW300的RS232口设计了工业级保护措施。
具备抵御ESD15KV、600W浪涌、4KV快速脉冲群能力。
出厂时,RS232端口参数为9600,N,8,1。
注意!
AiGW300在连接RS232设备连接时,应采用Rx-Tx,Tx-Rx,GND-GND的交叉线序。
说明如下:
接收R(Rx)连接对端RS232的发送脚(Tx),对应DB9的3脚。
发送T(Tx)连接对端RS232的接收脚(Rx),对应DB9的2脚。
信号地G(GND)连接对端RS232的信号地(GND),对应DB9的5脚。
注意!
AiGW300出厂时,默认禁用了RS232端口,如果计划使用RS232口,需要使用Xframe的Telnet管理功能,登录进AiGW300的管理菜单,使用u命令,然后修改串口类型即可。
7、10/100Mbps以太网接口
产品支持一个10/100Mbps以太网接口,支持网线自动翻转。
出厂时默认IP为192.168.192.100/255.255.255.0
主机可以通过以太网与AiGW300进行多主机通讯,网口也同时用于配置产品参数。
在使用网口前,请将AiGW300的IP修改成与主机在同一个网段,并且可以互相访问。
三、安装软件
安装XframeV3.08或更高版本软件。
安装过程全部使用默认设置。
如没有此软件,请联系我公司的技术支持。
1、修改IP
首先修改设备IP为与电脑一个网段。
选择“扫描可识别网络设备”
设备探测器窗口中,选中扫描到的设备,然后在IP地址栏中输入新的IP,此IP应该与电脑在同一网段,并可互相访问。
单击修改设备网络参数按钮即可修改完毕。
修改IP后,单击搜索设备,即可刷新显示。
2、如果扫描不到设备
如果搜索不到设备,请检查如下情况:
●请将电脑设置为固定IP。
●关闭电脑的防火墙软件。
●如果是笔记本电脑,暂时禁用wifi及其他不用的网络连接。
●双网卡电脑,请暂时禁用其他不用的网卡。
●检查设备的Link指示灯(黄色指示灯)是否长亮,如果不亮,请检查网线、RJ45头等电气问题。
四、进入产品的设置菜单
1、进入Telnet管理菜单
注意!
只有通过Telnet管理菜单,才可以设置AiGW300工作参数。
在设备探测器中,选中扫描到的,然后在管理菜单中,选择使用Telnet管理此设备。
出现下图提示时,输入口令,默认口令为全小写的admin
登录后,即可看到设备的主管理菜单。
2、操作规则
输入菜单项前面的字母或数字即可进入相应的功能选项。
例如输入3即可进入配置下位机串口参数项。
输入数值前的数字即可选择该值。
其他未用参数直接回车即可跳过。
回车至主设置菜单后,设置项将自动保存。
五、设置串口参数
AiGW300出厂时,所有串口参数均为9600bps,N,8,1。
如果主机、下位机串口与此相同,则不需要修改此参数,连接后即可工作。
注意!
如果串口参数与要连接的设备不一致。
就需要进入Telnet管理菜单进行设置。
进入管理菜单后,输入1至3即可分别配置主机、下位机串口参数,重启后生效。
选择正确的波特率、数据位、校验位和停止位。
输入参数前面的数字,即可选择所需的参数值。
回车可直接跳过此参数,并保持当前设置。
其他串口参数,在下面的工作模式中有详细说明。
六、
切换端口类型
登录进管理菜单,输入u切换串口类型。
输入1或2,选择要配置的端口,AiGW300的端口3固定为RS485,所以不会显示。
输入1,选择RS232口,输入2可以选择为RS485口。
回车至截图显示,此时1口已经被切换成RS232,应接线在RS2321的端子。
输入x退出,然后重启AiGW300,即可生效。
配置完成后,回到主菜单,输入r重启AiGW300,使配置生效。
修改之后,端口1变为RS232口
配置生效后,应连接至下图绿框内的RS2321口,RS4851口将无法通讯。
七、2个串口主机和以太网主机同时读写1个串口下位机模式(默认模式)
1、概述
下图为常见的单主机控制系统,数据无法共享,存在数据孤岛的问题。
下图为加入AiGW300网关后,可立即扩展出2个串口主机、最多100个以太网主机、6个云服务主机。
AiGW300具备自学习算法,全自动运行。
多主机同时读写下位机时及多主机云服务通讯时,无需手动配置任何Modbus参数,并且可达到不低于直连的实时性能。
此方案默认使用第3个RS485端口作为下位机端口,连接至ModbusRTU下位机总线。
剩余的2个端口和以太网端口与主机连接。
注意!
AiGW300出厂时默认为此模式,并且所有串口波特率均为9600,n,8,1。
如果主机、与上位机的串口也是9600,n,8,1,则不需要做任何设置,按照下图方法连接即可工作。
如果主机也需要使用以太网ModbusTCP协议进行通讯,只要将AiGW300的IP修改为与主机一个网段,然后主机直接连接至AiGW300的502端口即可进行通讯。
连接方法如下图所示
2、配置参数
注意!
AiGW300出厂时默认为此模式,无需做任何修改即可使用,此章节主要说明相关参数的作用。
出厂时,所有串口参数均为9600bps,N,8,1。
如果主机、下位机串口参数与此相同,则不需要修改此参数,连接后即可工作。
1)切换为“自学习式ModbusRTU转TCP,单下位机多主机.”模式
注意!
串口参数可能与要连接的设备不一致。
此时需要进入管理菜单进行设置。
AiGW300出厂时,RS4851、2口为启用状态,而RS2321、2口为禁用状态,如需使用RS232口,需要登录进管理菜单,修改串口类型即可,此功能请参考第六章。
注意!
RS485口与RS232口不能同时使用,例如,启用了RS2321口,那么,RS4851口将被禁用。
进入管理菜单后,输入1、2、3即可分别配置主机、下位机串口参数,重启后生效。
选择正确的波特率、数据位、校验位和停止位。
2)配置下位机端口参数
输入3配置下位机串口参数。
此处只对与协议相关参数进行说明。
通常情况,下面的两个参数无需更改即可正常工作。
如果3号指示灯闪红色,说明3口下位机存在通讯错误。
此时可以考虑修改下面2个参数。
主机轮询间隔:
AiGW300两次读取下位机操作之间的间隔,数值越小,数据更新的速度越快。
下位机响应时间:
Modbus为轮询式通讯,AiGW300下发查询数据后等待一段时间后(响应时间),再接收返回的数据。
AiGW300默认的响应时间为70ms,适合于绝大部分Modbus设备。
某些模拟量采集设备响应时间较慢,需要设置更大的响应超时,否则无法接收到数据,从而产生超时错误。
设置完毕后,回车到主菜单,输入r重启设备后生效。
如果设置2个参数后,3号指示灯依旧闪红色,应检查下列几个问题:
✧与下位机的接线是否正确
✧端口3的波特率是否与下位机一致
✧轮询的Modbus下位机地址码、Modbus寄存器地址、读取寄存器数量等Modbus参数是否正确。
3)配置串口主机端口参数
通常情况下,无需配置主机端口参数即可正常工作。
在指示灯1、2闪烁红色时,说明与主机串口通讯出现通讯错误,可以尝试通过修改参数来解决。
也可以用于进一步提高主机通讯速度。
输入1、2,可以配串口主机参数。
设备出厂时所有串口速率均为9600,n,8,1,如果主机串口参数不是这个速率,需要按照第五章方法修改设备的串口波特率。
串口n数据处理模式:
使用默认值即可。
接收主机数据帧间隔:
默认为50ms。
在达到50ms时,AiGW300没再收到串口主机数据时,AiGW300将会判定一帧数据缓冲完成,将收到数据打包并开始进行数据处理。
此参数越小,与主机通讯速度也越快,但是过小的值,可能导致数据接收不完整,从而导致错误。
收-发间隔:
是指AiGW300从接收到主机下发的数据,到返回数据给主机的之间的延迟,通常用于兼容慢速主机。
默认为0ms,无延迟,
如果设置参数后,1、2号指示灯依旧闪红色,应检查下列几个问题:
✧与主机的接线是否正确
✧端口1、2的波特率是否与主机一致
✧端口类型是否与主机匹配
4)配置网口主机参数
此方案的网口同时支持TCP/IPServer和Client两种模式,两种模式可同时运行,并且均为ModbusTCP协议。
以太网主机与串口主机可同时读写下位机数据。
a)共享模式Server主要参数
输入s即可配置ModbusTCPServer参数。
ModbusRTU转TCP功能的Server端口号:
默认为ModbusTCP协议规定的502端口,并且使用ModbusTCP协议,数据由下位机的ModbusRTU协议转换而来。
主机软件连接至此端口,使用ModbusTCP驱动即可读写下位机数据。
在某些特殊情况下,例如路由器屏蔽了此端口,可以修改为路由器放行的端口,如80、23等常用端口。
最大客户端数量:
默认为可同时支持32个客户端数量。
此数量为Server端口所支持的客户端TCP/IP并发连接数量,也就是可同时连接的主机数量。
注意!
某些组态软件要求为每个下位机建立1个TCP/IP连接,例如,要求为地址码1、2、3的下位机分别建立3个TCP/IP连接。
在这种情况下,如果1台主机与32个下位机同时通讯,将会占用所有32个TCP/IP连接,此时需要加大此参数的值为64,为第2台主机提供足够的连接数,否则第2台主机将无法连接至AiGW300。
ModbusRTU透传至TCP/IP的Server端口号:
默认为7020,此端口的数据为与下位机相同的ModbusRTU数据。
使用Xframe建立虚拟COM口,并且指向7020端口,这样传统的使用COM口的主机软件即可直接与AiGW300通讯。
在多台主机建立虚拟COM口,并安装使用COM主机软件,即可在不改变任何软件及接线的前提下实现多主机读写通讯。
ModbusRTU透传功能最大客户端数量:
默认为可同时支持8个客户端数量。
此数量为7020端口所支持的客户端TCP/IP连接数量,也就是可同时连接的主机数量。
TCP/IP超时:
默认为20秒,如果达到20秒,AiGW300未能收到主机下发的网络数据,将会中断相应的TCP/IP连接,并且重新等待监听。
所以主机必须在此参数设置时间内下发轮询数据。
此机制用于检测网络物理断线,所以不能设置为0,否则将出现死连接。
b)共享Client模式主要参数
此模式主要用于云数据传输或通过网络汇聚多台AiGW300,Client模式应用请参考AiGW300客户端应用方案文档。
3、连接参数
上述参数确认无误后即可开始使用,连接参数如下:
端口1:
连接至主机,ModbusRTU通讯。
端口2:
连接至主机,ModbusRTU通讯。
端口3:
连接至下位机、RS485总线,ModbusRTU协议。
ModbusTCP协议端口:
使用502端口监听主机连接,默认支持32个TCP/IP连接,最多可设置为100个连接。
TCP/IP的ModbusRTU端口:
使用7020端口监听主机连接,ModbusRTU通讯,主机需配合虚拟串口软件(Xframe即可)使用,默认支持32个TCP/IP连接,最多可设置为100个连接。
注意!
不用的端口可以不连接,所有主机端口均可同时工作,同时读写下位机数据。
4、测试方法
建议使用ModbusPoll软件进行测试,可以运行多个ModbusPoll软件,或者在多台电脑运行ModbusPoll软件来测试AiGW300的多主机通讯能力。
1)测试ModbusTCP主机
ModbusPoll使用IP和端口连接至AiGW300
方法如下:
选择Connection菜单的Connect项
选择TCP/IP连接,然后在RemoteServer栏中,输入AiGW300的IP,Port为502,单击OK
在Setup菜单中选择Read/Writedefinition
SlaveID:
下位机地址码
Function:
功能码
Address:
Modbus寄存器地址,由下位机决定
Quantity:
读取地址数量
ScanRate:
扫描频率
注意!
每个Modbus设备的所支持的寄存器地址、功能码都存在差异,请先查看相关说明再设置参数,如果参数设置错误,将无法正确获取数据。
如果工作正常,将没有任何错误提示,并且持续读取数据
2)测试ModbusRTU主机
再启动一个ModbusPoll,选择使用串口连接至AiGW300。
方法如下:
选择Connection菜单的Connect项
选择SerialPort连接,然后选择正确的COM口,Port1为电脑的COM1,以此类推。
必须正确选择COM口,否则将无法通讯。
串口波特率也应该与AiGW300的主机串口波特率一致。
其他设置与ModbusTCP测试完全相同。
3)测试TCP/IP方式的ModbusRTU主机
首先使用Xframe将AiGW300的6020端口映射为虚拟串口。
在模块管理中,添加模块
选择虚拟串口至TCP/IP、UDP数据转发
将远程服务器IP地址或域名设置为AiGW300的IP,远程服务器端口为6020。
确定即可。
注意!
记录串口号,下图为COM11,需要在设置ModbusPoll时选择Port11。
设置成功后,如果有如下提示,即可认为虚拟串口Com11建立成功,并且与AiGW300的6020端口建立了连接,可以使用了。
其他测试方式与“测试ModbusRTU主机”章节方法完全一致,只是在选择连接端口时,选择上面建立的COM11。
八、“智能Modbus交换机”模式,支持多主多下位机总线同时读写数据
1、概述
由于传统的RS485总线是半双工通讯,导致主机每次轮询只能读写一个下位机的数据,所以通讯速度会随着下位机数量增加而逐渐变慢。
而普通的RS485集线器只相当于提升总线驱动能力,只能增加下位机数量,而对提升通讯速度无任何帮助。
下图为传统的主机直连下位机方式
下图为传统的主机经过集线器连接多台下位机的方式,集线器只能增加下位机数量,并不能提高通讯速度和主机数量。
“智能Modbus交换机”模式可直接替换现有的集线器,无需修改现有的软件和下位机硬件,可使现有系统立即具备多主机读写能力,并且可成倍提高轮询效率,减小轮询延迟,隔离总线错误数据。
AiGW300具备自学习算法,全自动运行。
多主机同时读写下位机时及多主机云服务通讯时,无需手动配置任何Modbus参数,并且可达到不低于直连的实时性能。
下图中,使用AiGW300网关直接替换串口集线器,使系统立即具备多主机同时读写能力。
并且网关的3个串口可以同时轮询下位机数据,所以可以将通讯速度提高3倍。
如果以传统方式全部轮询一次下位机需要3秒,那么在采用AiGW智能网关后,可将轮询时间减小为1秒。
此模式只支持ModbusRTU/TCP协议,不支持其他协议。
采用自学习式算法,全自动运行,无需设置任何Modbus参数。
此模式具备以下优势:
●一个TCP/IP连接可以读写全部串口的下位机数据,也支持多TCP/IP连接同时读写全部串口下位机数据。
●可直接替换串口集线器,使用现有的集线器接线方式和软件即可工作。
●每个下位机端口都可以指定Modbus地址码范围,采用地址码寻址方式通讯,而非广播式通讯,可使通讯实时性提高几倍。
●可配置主机和下位机端口数量,例如可配置为1串口主机、多个网络主机,2串口下位机,或者3串口下位机,多个网络主机模式。
●每个下位机串口都具备独立的主动轮询线程,所有串口并发读取数据,可使通讯效率提高几倍。
●主机与下位机端口的波特率可以不同,主机端口波特率可以设置为115200,配合自学习及主动轮询功能,可以成倍提高多串口下位机的实时性能。
●同时支持以太网的ModbusRTU和ModbusTCP协议访问。
ModbusRTU协议在端口7020,ModbusTCP协议端口在502
如下图所示,此方案在接线方式上与传统的串口集线器相同,但是可以实现多主机同时读写多个下位机总线,并且可以达到不低于直连的实时性能。
连接方法如下,其中3口和网口接主机,1、2口接下位机,并且2个下位机端口都分配了地址码范围。
默认设置下,AiGW300的RS4853口作为主机接口,连接至PLC、HMI等RS485主机。
同时以太网接口也作为主机接口。
各类组态软件或任何支持ModbusTCP协议的主机软件,均可使用ModbusTCP协议读写下位机数据,最多支持100个以太网主机同时读写数据。
1、2端口作为下位机端口,连接至ModbusRTU下位机总线。
每个端口都默认分配了下位机地址码范围。
出厂时,端口1处理地址码1~10的下位机数据,端口2处理11~20的下位机数据。
所以必须按照端口1接地址码1~10下位机,端口2接地址码11~20下位机的方式进行连接。
此地址码分配规则可通过管理菜单重新设置。
注意!
1、2口所连接的下位机地址码必须唯一,避免地址码冲突,否则将造成数据混乱。
2、切换为“智能Modbus交换机,多主机多下位机.”模式
登录进管理菜单,输入b选择方案
输入4,选择智能Modbus交换机模式
s
配置完成后,其他参数回车跳过,回到主菜单,输入r重启AiGW300,使配置生效。
默认配置下
第3口为主机串口,连接PLC、触摸屏或电脑之类的串口主机。
网口也作为主机端口。
1、2口为下位机接口,用于连接下位机,例如连接电表、水表、数据采集器等符合ModbusRTU标准的设备。
每个下位机串口默认都分配了一个Modbus地址码范围。
出厂时默认地址分配如下图所示
AiGW300将根据上述地址码分配表来进行Modbus数据通讯,不同地址码的数据,可以根据分配表迅速的发送至对应的串口,而不是将数据发给所有串口,从而可以极大的提高通讯效率。
例如,主机发送地址码为1的Modbus轮询数据,根据地址码表,将被发往串口1轮询缓冲。
地址码12的数据,将被发往串口2轮询缓冲,以此类推。
此地址码分配规则可通过管理菜单重新设置。
下图为串口与地址码的分配图。
注意!
在此方案下只支持串口的ModbusRTU作为下位机
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