在現(xiàn)代工業(yè)設施中，設備的異構(gòu)性帶來了數(shù)據(jù)集成和通信的挑戰(zhàn)。為了有效地實現(xiàn)不同設備之間的數(shù)據(jù)交換，Modbus轉(zhuǎn)OPC UA網(wǎng)關(guān)成為了一種常見的解決方案，本文將詳細說明利用鋇錸技術(shù)的OPC UA網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交換。

一、Modbus和OPC UA簡介

Modbus是一種通信協(xié)議，廣泛應用于工業(yè)自動化領域。Modbus RTU是一種緊湊的，采用二進制表示數(shù)據(jù)的方式，Modbus ASCII是一種人類可讀的，冗長的表示方式。這兩個變種都使用串行通信(serial communication)方式。RTU格式后續(xù)的命令/數(shù)據(jù)帶有循環(huán)冗余校驗的校驗和，而ASCII格式采用縱向冗余校驗的校驗和。

OPC UA是一種開放的通信和數(shù)據(jù)模型規(guī)范，用于實現(xiàn)跨平臺、跨廠商的工業(yè)自動化系統(tǒng)集成。從OPC 到OPC UA是為了實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)中的分布式對象技術(shù)，方式變成了與平臺無關(guān)、面向了開放系統(tǒng)。

二、異構(gòu)設備間的挑戰(zhàn)

工業(yè)設施中通常存在多種異構(gòu)設備，它們可能使用不同的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式。這些設備之間要實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和集成，需要克服以下挑戰(zhàn)：

1. 協(xié)議差異: 不同設備可能使用不同的通信協(xié)議，如Modbus RTU、Modbus TCP/IP等。

2. 數(shù)據(jù)格式: 數(shù)據(jù)在不同設備間的編碼和解碼方式可能不同，需要進行格式轉(zhuǎn)換。

3. 安全性和穩(wěn)定性: 數(shù)據(jù)交換過程中需要確保數(shù)據(jù)安全性和通信穩(wěn)定性，尤其是在工業(yè)環(huán)境中。

三、Modbus轉(zhuǎn)OPC UA網(wǎng)關(guān)的作用

1. 協(xié)議轉(zhuǎn)換: 網(wǎng)關(guān)能夠?qū)odbus協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為OPC UA標準的數(shù)據(jù)模型，使得不同設備間可以通過統(tǒng)一的接口進行通信和數(shù)據(jù)交換。

2. 數(shù)據(jù)整合: 網(wǎng)關(guān)可以收集、整合來自多個Modbus設備的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為符合OPC UA規(guī)范的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提供給上層應用或其他系統(tǒng)使用。

3. 安全和擴展性: OPC UA提供了高級的安全性機制，包括加密、認證和權(quán)限控制，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。同時，OPC UA也支持在不同網(wǎng)絡和平臺之間進行跨平臺、跨網(wǎng)絡的通信，具有很好的擴展性。

四、應用

以COM2口采集本公司工業(yè)以太網(wǎng)遠程I/O數(shù)據(jù)采集模塊系列M140T 的DI和DO數(shù)據(jù)為例，COM2 口通過 Modbus RTU 協(xié)議采集， LAN 口通過 Modbus TCP 協(xié)議采集。
1．M140T 和 S475 設備接入 BL121 網(wǎng)關(guān)設備

BL121 網(wǎng)關(guān)的 LAN 口接入交換機，S475 連接到交換機，使用 LAN 口通過 Modbus TCP 協(xié)議采集 S475 數(shù)據(jù)。LAN 口接交換機時，LAN 口上不能接其他網(wǎng)段的網(wǎng)線進來。使用 COM2 口通過 Modbus RTU 協(xié)議采集 M140T 的數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)通過 WAN 口連接 4G 路由器 R40，使用 R40 的路由功能將數(shù)據(jù)上傳到各個云平臺。 注：WAN 口和 LAN 口都可以采集設備，示例是介紹 LAN 口采集設備，WAN 采集設備的配置和 LAN 采集設備的配置原理一樣。
2. COM 口采集配置
COM2 通過 Modbus RTU 采集 M140T 的數(shù)據(jù)，COM2 口配置如下：

（1）雙擊“COM2”，彈出 COM 屬性配置框。
（2）模式選擇：采集。
（3）因通過 RS485 COM 口采集 M140T 設備，使用 Modbus RTU 協(xié)議，設備品牌：Modbus，設備型號：Modbus RTU。按鈕里面，輪詢周期和通訊超時設置默認，根據(jù)需求設置。
（4）波特率、停止位、數(shù)據(jù)位、校驗位根據(jù) M140T RS485 口的參數(shù)進行配置，與其保持一致。
（5）點擊“確定”。
注：點擊“寫入配置”網(wǎng)關(guān)設備將自動重啟，重啟后 COM 口的配置才會生效。
添加 COM 口設備 M140T

（1）點擊“COM2”，點擊鼠標右鍵，點擊“添加”，彈出設備配置框。
（2）設備名 稱任意填寫，如：填寫 M140T。
（3）從站 ID 根據(jù)采集設備的 Modbus ID 填寫，如： M140T 的 Modbus ID 是“1”，因此，填寫“1”。
（4）根據(jù)要采集的數(shù)據(jù)選擇數(shù)據(jù)類 型，示例是采集 M140T 的 DI 和 DO，都是布爾類型沒有采集數(shù)值類型的寄存器，故默 認即可。
（5）寫功能碼：默認，M140T 支持寫多個寄存器。
（6）點擊“確定”，添加 M140T 設備。
注：點擊確定后會在 COM2 下顯示添加的設備見上圖顯示出來 M140T，如果想添加多 個設備，重復（1）--（6）步驟即可。
注：點擊“寫入配置”網(wǎng)關(guān)設備將自動重啟，重啟后添加 COM2 口的 M140T 設備才添 加成功。
3. 添加 M140T 的數(shù)據(jù)點

（1）點擊“M140T”，鼠標光標移動到方框內(nèi)，鼠標右鍵，點擊“添加”彈出數(shù)據(jù)點 設置框。
（2）變量名稱：命名數(shù)據(jù)點的名字，如：DO1。
（3）數(shù)據(jù)點的 MQTT 標識 符，可以任意填寫。標識符不能重復，如：DO1 數(shù)據(jù)點的 MQTT 標識填寫為 DO1。
（4） 根據(jù)需求選擇采集地址按什么數(shù)據(jù)格式填寫輸入網(wǎng)關(guān)，OCT/DEC/HEX 分別是八進制/ 十進制/十六進制。采集 Modbus 協(xié)議地址按十進制輸入，故示例選擇十進制。
（5）地 址類型：根據(jù)采集的數(shù)據(jù)點支持的功能碼選擇，如采集 M140T 的 DO 是支持“01”功 能碼，故選擇“01 Coil Status”，DI 是支持“02”功能碼，故選擇“02 Input Status”。
（6）地址：采集數(shù)據(jù)點的寄存器地址，如：數(shù)據(jù)點 DO1 在 M140T 里面是“0”寄存器 地址，故填寫“0”。
（7）數(shù)據(jù)類型：根據(jù)數(shù)據(jù)點選擇，如：M140T 的 DI 和 DO 都是 線圈類型故選擇“bool”。
（8）添加數(shù)量：如果是采集連續(xù)地址，同一功能碼可以多 個采集。
（9）讀寫類型：根據(jù)“地址類型”的選項選擇自動識別。
（10）modbus 映射 地址：填寫采集到的數(shù)據(jù)點存儲到 BL110 網(wǎng)關(guān)設備的地址，可以隨意填寫。映射地址不 能重復。范圍：0-2000。如：采集 DO1 的數(shù)據(jù)存儲到 BL110 網(wǎng)關(guān)“16”寄存器地址。 配置軟件上映射地址外面表示 Modbus 地址，括號里面 M.XXX 表示 PLC Modbus 地址。
（11）變量單位：根據(jù)需求任意填寫，也可以不填寫。
（12）點擊“確定”。
注：點擊“確定”后數(shù)據(jù)點會在方框內(nèi)顯示出來見上圖，如果想繼續(xù)添加數(shù)據(jù)點，在方 框鼠標右鍵，點擊“添加”彈出數(shù)據(jù)點配置框，重復（2）--（12）步驟。
注：點擊“寫入配置”網(wǎng)關(guān)將自動重啟，重啟后采集 M140T 添加的數(shù)據(jù)點才生效。
4. OPC UA 的配置

（1）雙擊“OPC UA”彈出 OPC UA 配置框。
（2）點擊啟用按鈕，啟用 OPC UA。 默認：關(guān)閉?；疑硎荆翰粏⒂?，綠色表示：啟用。
（3）端口：OPC UA 端口，默認： 4840。
（4）Anonymous：啟用，表示不用用戶名連接。
（5）User 、Password：用戶名和用戶密碼，因啟用無用戶連接，故不用填寫。
（6）安全策略：選擇 OPC UA 是 否加密連接。本示例選擇無加密連接。
（7）Certificate、PrivateKey：OPC UA 證書和密鑰，因選擇無加密連接，故不用上傳證書和密鑰。
（8）點擊“確定”，確定 OPC UA 的配置。
（9）點擊“寫入配置”，網(wǎng)關(guān)設備重啟后，OPC UA 才啟用。

五、網(wǎng)關(guān)特點

1. 寬工作電壓設計，支持DC 9-36V供電，接口為接線端子方式，帶有防反接保護設計；
2. 支持6路RS232/RS485可選輸入；
3. 支持2路RJ45以太網(wǎng)口，分別為 1LAN +1WAN，WAN口和LAN口可以直接采集設備或采集級聯(lián)交換機上 的設備；
4. 支持遠程配置參數(shù)和遠程升級固件；
5. 支持SNMPV1/V2；支持路由功能；支持OpenVPN功能；
6. 支持Modbus RTU 轉(zhuǎn) Modbus TCP、透明傳輸。

通過使用鋇錸技術(shù)的Modbus轉(zhuǎn)OPC UA網(wǎng)關(guān)，工業(yè)設備可以克服異構(gòu)性帶來的數(shù)據(jù)集成挑戰(zhàn)，實現(xiàn)設備間高效的數(shù)據(jù)交換和共享。

審核編輯 黃宇