如何通过Modbus网关优化SCADA系统

发布时间：2017-07-15 www.cechina.cn

　　 数据采集与监控系统 (SCADA) 能够远程监测电子参数，被广泛用于功率监测应用中。其中，SCADA系统通常采用Modbus TCP等工业以太网协议，而在监测过程中生成重要数据的串口表计/终端设备支持的却是Modbus RTU协议。
　　为解决互操作性问题，部分用户会通过嵌入式计算机完成所需的协议转换，但该解决方案需要在程序设计上投入额外资源。因此，用户会选择部署网关，轻松实现Modbus TCP和Modbus RTU协议之间的转换。那么网关有哪些模式可用于数据采集呢?哪种模式采集数据的速度最快?
　　1.透明传输模式通讯
　　透明传输模式通讯通常是Modbus网关市场的标配。部署能够实现透明传输模式转换的网关相当简单快捷;然而，透明传输模式通讯有一个显著的缺点，每一个串口在同一时间只能执行一项协议请求-响应的操作，因而SCADA系统必须依次等待每次响应：

　　若一个网关仅连接几个串口表计/终端设备，扫描时间或许不是大问题。然而在大规模应用中会导致系统运行失败。在这种情况下，大量设备通过RS-485接口以菊花链式拓扑与网关的串口连接，网关只能依次响应多个同步请求，这会造成SCADA系统耗费过多时间来采集数据。比如，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数据之间存在着巨大的时间差。因此，减少扫描时间是优化网络通讯的一大关键因素。
　　2.代理模式通讯
　　代理模式旨在克服透明传输模式的缺点，使网关的两端能够独立进行协议转换。一方面，网关的每个串口都可作为RTU master主动轮询各个仪表;另一方面，该网关还可用作Modbus TCP服务器，被SCADA系统轮询。支持代理模式的网关的首要特点是带有内置存储器，这有助于实现数据无缝检索，而且增加了SCADA程序设计的灵活性。

　　对于系统集成商而言，如何实现轻松配置永远是重中之重。在代理模式下，作为RTU master的网关可以设置许多Modbus指令。为了节省配置时间，某些品牌的网关支持CSV(逗号分隔值)文件，可使用Excel轻松配置网关。
　　3.智能模式通讯
　　如果您对透明传输模式网关所耗费的扫描时间感到不满，那么优化当前系统是您的最佳选择。Moxa MGate MB3660工业网关的智能模式能够学习并记忆每一个从SCADA系统发来的Modbus指令。一旦学会某条指令，网关便如同处于代理模式，主动发送Modbus请求到相关Modbus设备。

　　由于数据保存在网关的存储器中，SCADA系统能够直接从存储器中获得Modbus响应数据，无需等待Modbus设备传递数据，从而显著提升了通讯性能。您只需通过Web Console上的一个按钮便可启动网关的指令以学习新功能。对于SCADA系统而言，扫描时间将会大大减少，因为此时数据传输只需从网关经由以太网传至上位机。Modbus设备等待被访问的时间也将大幅缩短。
　　方案好坏?一试便知
　　我们对支持透明、代理和智能三种模式的8/16口 MGate MB3660-8/16 系列中的16口工业网关进行了协议转换速度测试。网关的16个串口均连接八个仪表，每个仪表传输16字节的数据，所以每次测试共需采集2048字节的数据。
　　测试结果显示，代理模式下的网关传输速度最快，检索所有参数的时间仅为41毫秒。而智能模式和透明传输模式则分别花费了312毫秒和7502毫秒。

　　此外，与代理或智能模式的网关轮询机制相比，通过传统透明传输模式的网关采集的数据也并不一定更加精确。如下图所示，由于扫描速度慢，通过透明传输模式采集到的数据点要远远少于代理和智能模式。

　　显然，测试的结果表明，透明传输模式由于其所需的扫描时间较长，故不适合大规模应用。若想架构全新SCADA系统，代理模式是上佳之选。其优点显而易见：能够快速扫描并以数据包形式传输数据。但若想用较少的成本和精力优化现有的SCADA系统，智能模式则是最佳选择。