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Modbus的数据采集实现提高10倍速度实现

2019-03-27

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  在基于以太网的SCADA系统中获取大量Modbus串行数据对于工程师来说可能是复杂且具有挑战性的。除了易于使用的协议网关解决方案在Modbus串行和Modbus TCP协议之间进行转换外,工程师还需要一种有效的方法来缩短大量串行设备的数据采集时间,以便大规模网络快速顺畅地运行。

  工程师的困境

  在大规模关键应用中,例如电力监控系统,SCADA系统无法等待现场设备逐个发送对同步数据采集请求的响应。想象一下现场300个串行仪表,只有一个Modbus网关用于检索数据 - 完成轮询周期至少需要30秒,这是不可接受的,因为跟踪数据趋势或分析故障并不容易。

此外,三到五秒的轮询周期是一个常见的要求。因此,工程师通常会考虑部署多个Modbus网关以缩短轮询周期。但是,这是一项代价高昂的工作,网络需要的性能越好,需要的Modbus网关就越多。因此,工程师面临这样的困境:要么增加预算以达到要求,要么容忍归因于传统轮询机制的低速串行数据采集。

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  主动轮询旨在克服传统循环轮询机制的缺点,允许网关的每一侧彼此独立地进行通信。一方面,网关的每个串口都充当Modbus RTU主站,主动轮询Modbus RTU从站,如功率计; 另一方面,网关用作Modbus TCP服务器,由SCADA系统轮询。支持主动轮询的网关的一个非常重要的功能是内部存储器,便于无缝数据检索。

主动轮询具有几个优点。它使轮询周期比循环轮询机制快10倍。只有Modbus TCP请求和Modbus TCP响应的持续时间才能构成扫描时间,因为SCADA系统无需在轮询过程的Modbus RTU支路上等待。
另一个好处是主动轮询允许设备生成的所有数据以少量数据包传输。从SCADA系统的有利位置,网关代表一个数据库,提供所请求的信息。作为Modbus RTU,网关的每个串行端口主动轮询不同的仪表,以从各种寄存器中检索数据。收集的数据连续存储在网关的内部存储器中。它只需要一个TCP通道就可以在几个数据包中传输所请求的数据,而不是在SCADA中设置大量的命令。

  主动轮询有两种模式可以满足不同的应用场景,即新设计系统的代理模式和现有系统扩展的智能模式。

  用Agent模式构建新系统

  新设计系统成功的关键是提高SCADA系统性能的门户,提高SCADA程序设计的灵活性,并实现轻松配置。在代理模式下,网关支持主动轮询机制以提高SCADA性能。此外,网关可以作为RTU主机实现许多Modbus命令。虽然这种容量在系统设计方面提供了很大的灵活性,但遗憾的是增加了配置任务。为了节省配置时间,支持逗号分隔值(CSV)文件的网关(可以使用MS Excel轻松配置并导入网关)绝对是一个很大的好处,特别是对于大范围的部署。

  用智能模式扩展现有系统

  与新设计的系统不同,扩展现有系统需要快速而智能的方式来添加新设备,同时保持相同的轮询性能,甚至实现更好的轮询性能。通过智能模式,网关可以自动学习SCADA系统的Modbus命令,无需额外的命令设置,如代理模式。网关可以使用活动轮询在每个串行端口中充当Modbus主站。对于那些已经运行一段时间且具有常规命令请求的系统,它是一个有用的功能。

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