通过Modbus网关优化SCADA系统的策略探讨现场总线控制系统的优势与局限

数据收集与监控体系(SCADA)通过远程监测电子参数,在电力行业中应用广泛。SCADA系统通常采用ModbusTCP等工业以太网协议,而在生成重要数据的串口表计/终端设备上,支持的是ModbusRTU协议。

为了解决互操作性问题,用户可能会选择嵌入式计算机进行协议转换,但这需要在程序设计上投入大量资源。因此,用户会选择使用网关来轻松完成ModbusTCP和ModbusRTU协议之间的转化。

那么,网关有哪些方式可以用于数据收集呢?哪种方式的速度最快?

1.明确传输方式通信

明确传输方式通信是许多Modbus网关提供的功能,它们简单易用。但是,这种方法有一个显著缺点:每个串口只能同时处理一项请求-响应操作,因此SCADA系统必须顺序等待每次响应:

如果一个网关连接了几个串口表计/终端设备,那么扫描时刻可能不是问题。但是在大规模应用中,这将导致系统运行不稳定。在这种情况下,大量设备通过RS-485接口以菊花链式拓扑连接到网关的串口,每次呼应都会形成SCADA系统消耗过多时间来收集数据。例如,如果一个网关连接128台设备,SCADA系统读取第一个和最后一个设备之间存在巨大的时间差,因此减少扫描时刻是优化网络通讯的一大关键因素。

2.代理方式通信

代理模式旨在克服明确传输方式的缺点,使得网关两端可以独立进行协议转化。一方面,每个串口都可作为RTUmaster自动轮询各外部;另一方面,该网关还可作为ModbusTCP服务器,被SCADA体系轮询。支撑代理模式的网关首要特点是带有内置存储器,有助于完成数据无缝检索,并增加了SCADA程序设计的灵活性。

对于企业而言,无论是在安装还是维护方面,都重视轻松装备。在代理模式下作为RTUmaster的网gate可以设置许多Modbus指令,以节省安装时间,一些品牌甚至支持CSV文件,可以使用Excel轻松配置。

3 智能方式通讯

如果您对明确传输方式所需扫描时长感到不满,那么优化当前体系就是您的最佳选择。MoxaMGateMB3660工业netgate智能模块可以学习并记忆来自scada发来的modbuse指令。一旦学会某条指令,netgate就像处于代理模式那样自动发送modbuse请求到相关modbse 设备。

由于数据保存在netgate中的存储器中,scada 可以直接从存储器获取modbse回复,不需要等待modbse 设备返回,从而显著提升通讯效率。您只需点击WebConsole上的按钮便可启动netgate学习新功能。当此时data 传递仅需从netgate经由ethernet至upper machine,其速度更快且更加准确。

方案好坏?一试便知

我们对8/16系列中的16口industrial gate进行了三种类型—clear, proxy 和smart —protocol conversion speed test。这16个serial ports均连接八个external devices,每个device发送16字节data,所以每次test共需收集2048字节data。

结果显示,在proxy mode下,gateway 的speed 最快,只需41毫秒才能检索所有参数。而smart 和clear modes分别花费312毫秒和7502毫秒。

此外,与proxy 或smart 模式相比,由于其所需扫描较长,对于traditional clear mode gateway 收集到的data 不一定更为准确,如图所示,因为扫描速度慢,因此收到的datapoints远低于proxy 和smart 模式。

结论很清晰:由于其需要较长时间来完成扫描,而且不适合大规模运用,将采用新的Scada 系统。如果想提高现有的Scada 系统性能,则智能mode 是最好的选择。这意味着网络效率得到极大的提升,同时降低成本。此外,还能实现更多自定义功能,如配置csv 文件或excel 配置这些功能使得整体管理更加简洁高效!

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