Wstęp
W środowiskach przemysłowych, gdzie kluczowe znaczenie ma komunikacja między urządzeniami, często pojawia się pytanie kiedy wybrać serwer portów szeregowych NPort, a kiedy konwerter protokołów MGate? Choć oba rozwiązania pełnią funkcję pośrednika w transmisji danych, ich zastosowanie jest zupełnie inne.
NPort - Serwer portów szeregowych
Urządzenia NPort zapewnia podłączenie urządzeń komunikujących się za pomocą portów szeregowych (RS-232/422/485) do sieci Ethernet. Umożliwia tunelowanie protokołów, polegające na enkapsulacji danych z interfejsu szeregowego w ramki TCP/IP, co pozwala na ich transmisję przez sieć. NPort nie ingeruje w przesyłane dane – jedynie konwertuje interfejs szeregowy na Ethernet, zachowując integralność informacji. Proces ten działa w obu kierunkach, zapewniając płynną i transparentną komunikację między urządzeniami szeregowymi a siecią Ethernet.
Kluczowe cechy:
- Przezroczysta transmisja danych – urządzenie nie modyfikuje przesyłanych ramek, co zapewnia zgodność z dowolnym protokołem.
- Konwersja interfejsów szeregowych
- Możliwość pracy w topologii Turbo Ring (tylko w wybranych modelach)
- Możliwość szyfrowania transmisji w warstwie Ethernet (Seria NPort 6000)
- Szeroki wybór trybów pracy:
- Real COM
NPort jest wyposażony w sterowniki COM dla systemów Windows oraz sterowniki TTY dla systemów Linux. Sterownik tworzy transparentne połączenie między hostem a urządzeniem szeregowym, mapując port szeregowy NPort na lokalny port COM/TTY komputera. Tryb Real COM umożliwia jednoczesne połączenie z kilkoma urządzeniami.
- TCP Server
W trybie serwera TCP urządzenie NPort jest skonfigurowane z unikalnym adresem IP- port w sieci TCP/IP. W tym trybie NPort pasywnie oczekuje na nawiązanie połączenia przez hosta. Po ustanowieniu połączenia z urządzeniem szeregowym można rozpocząć transmisję danych. Tryb serwera TCP obsługuje również jednoczesne połączenie wielu urządzeń, co pozwala wielu hostom na równoczesne pobieranie danych z tego samego urządzenia szeregowego. - TCP Client
W trybie klienta TCP urządzenie NPort może aktywnie nawiązać połączenie TCP z wcześniej określonym hostem po wykryciu danych szeregowych. Po zakończeniu transmisji NPort może automatycznie rozłączyć się z hostem, korzystając z ustawień czasu sprawdzania aktywności TCP (TCP alive check time) lub czasu bezczynności (Inactivity time). - UDP
W porównaniu z TCP, protokół UDP działa szybciej i bardziej efektywnie. W trybie UDP można przesyłać dane unicastowo lub multicastowo z urządzenia szeregowego do jednego lub wielu hostów. Urządzenie szeregowe może również odbierać dane od jednego lub kilku hostów. Główna różnica między protokołami TCP i UDP polega na tym, że TCP gwarantuje dostarczenie danych, wymagając od odbiorcy wysłania potwierdzenia do nadawcy. - Pair Connection
Pair Connection Mode wykorzystuje dwa urządzenia NPort umożliwiając transparentne przesyłanie danych między nimi. Oba urządzenia mogą być połączone bezpośrednio krosowym kablem Ethernet w tej samej sieci LAN lub w bardziej zaawansowanej konfiguracji przez sieć WAN za pośrednictwem jednego lub kilku routerów. Przykładem zastosowania tego połączenia jest eliminacja ograniczenia odległości 15 metrów interfejsu RS-232.
- Real COM
MGate – Konwerter protokołów
W przeciwieństwie do NPortów , które jedynie konwertują interfejs szeregowy na Ethernet, MGate tłumaczy również ramki z jednego protokołu na inny. Jest urządzeniem pośredniczącym, które rozumie oba protokoły i potrafi dopasować strukturę ramek tak aby zapewnić komunikację między dwoma urządzeniami działającymi w różnych protokołach przemysłowych. Oznacza to, że MGate nie tylko może konwertować interfejs szeregowy na Ethernet, ale także ingeruje w struktury ramek. Przykładem praktycznego zastosowania jest integracja urządzeń slave pracujących w Modbus RTU z jednostką nadrzędną obsługującą Modbus TCP. Do takich zastosowań idealnie nadają się urządzenia z serii MGate 3180, 3170 i 3660.
Kluczowe cechy:
- Konwersja protokołów – np. Modbus RTU na Modbus TCP, PROFINET na Modbus TCP, a więc zarówno konwersja protokołu szeregowego na Ethernet jak i dwóch protokołów bazujących na Ethernecie. Aby dobrać odpowiedni konwerter oraz zapoznać się ze wszystkimi możliwościami konwersji protokołów , warto zapoznać się z materiałami przygotowanymi przez firmę Moxa do których link zamieszamy poniżej:
https://www.moxa.com/Moxa/media/Resources/DownloadFile/moxa-mgate-series-selection-table.pdf - Dwa tryby pracy:
- Transparent Mode – metoda konwersji, w której dane są bezpośrednio przekazywane z jednego interfejsu na drugi, z minimalnymi modyfikacjami, np. usunięciem lub dodaniem sumy kontrolnej w przypadku Modbus. Tryb Transparent obsługuje jedynie starsze wersje protokołów i ich nowsze odpowiedniki, takie jak Modbus RTU ↔ Modbus TCP czy DNP3 Serial ↔ DNP3 TCP/UDP. W porównaniu z Agent Mode czas oczekiwania na odpowiedź jest dłuższy. Jego głównymi zaletami jest prostota oraz szybkość konfiguracji. Urządzenia wyposażone tylko w tryb transparenty są bardziej przystępne cenowo.
- Agent Mode – konwerter pełni rolę aktywnego pośrednika, który samodzielnie odpytuje urządzenia i przechowuje dane w swojej pamięci. Dzięki temu nadrzędny system otrzymuje informacje szybciej, ponieważ nie musi czekać na każdorazowe przetworzenie zapytania, a jedynie odczytuje już dostępne dane. Agent Mode umożliwia komunikację między zupełnie różnymi protokołami. Wymaga jednak od użytkownika nieco bardziej czasochłonnej konfiguracji, ponieważ konieczne jest samodzielne zdefiniowanie zapytań. Kolejną wadą tego trybu jest ograniczona pojemność pamięci. Wymiana danych odbywa się za pośrednictwem wbudowanej pamięci MGate, której zasoby są limitowane, podobnie jak liczba możliwych zapytań. W trybie Transparent te ograniczenia nie występują.
- Integracja sterowników PLC i koncentratorów danych – pozwala na współpracę urządzeń wykorzystujących różne protokoły.
- Optymalizacja pod konkretne protokoły
- Zaawansowana diagnostyka – możliwość monitorowania komunikacji i analizy zapytań.
- System Monitoring → Protocol Status → I/O Data View
Wyświetla informacje o wewnętrznej pamięci dotyczącej transferu danych wejściowych i wyjściowych
- System Monitoring → Protocol Status → I/O Data View
-
- System Monitoring → Protocol Status → Diagnose
Funkcja ta znacząco ułatwia diagnozowanie problemów, zapewniając dostęp do danych odnośnie wysłanych i odebranych pakietów, a także statusu podłączonych urządzeń. Dzięki temu możliwe jest bieżące monitorowanie stanu komunikacji, co pozwala upewnić się, że procesy przebiegają płynnie i bez zakłóceń.
- System Monitoring → Protocol Status → Diagnose
-
- System Monitoring → Protocol Status →Traffic
Pozwala na monitorowanie i podsłuchiwanie komunikacji bez potrzeby korzystania z dodatkowego, zewnętrznego oprogramowania.
- System Monitoring → Protocol Status →Traffic
Kiedy wybrać serwer portów szeregowych, a kiedy konwerter protokołów?
Wybór odpowiedniego urządzenia zależy od specyfiki komunikacji i wymagań systemu. Serwer portów szeregowych NPort sprawdzi się, gdy konieczne jest proste podłączenie urządzeń szeregowych do sieci Ethernet bez zmiany struktury przesyłanych danych. Jest odpowiedni, gdy urządzenia komunikują się w tym samym protokole i wystarczy jedynie ich transparentna transmisja poprzez sieć.
Konwerter protokołów MGate będzie najlepszym wyborem, gdy komunikujące się urządzenia używają różnych protokołów i konieczna jest ich translacja, na przykład Modbus RTU na Modbus TCP. Sprawdzi się również tam, gdzie wymagana jest optymalizacja komunikacji poprzez tryb Agent Mode. MGate umożliwia także zaawansowaną diagnostykę i monitorowanie wymiany danych między systemami.
Przed wyborem odpowiedniego urządzenia, warto zapoznać się z poniższą tabelą. Informacje w niej zawarte pomogą rozwiać wątpliwości i ułatwią dokonanie najlepszego wyboru.
Podsumowanie
Serwery portów szeregowych i konwertery mają odmienne funkcje i są wykorzystywane w systemach automatyki oraz komunikacji przemysłowej. Dobór właściwego urządzenia do konwersji zależy głównie od typu podłączanych urządzeń końcowych. W sytuacji, gdy wymagana jest konwersja protokołu, niezbędne okaże się zastosowanie bramy przemysłowej MGate. Natomiast NPort idealnie pasuje do podstawowych aplikacji, takich jak zdalny dostęp do urządzeń szeregowych lub przy tunelowaniu protokołów.
Pomocne materiały:
NPort FAQ – czyli najczęściej zadawane pytania na temat serwerów portów szeregowych
Jak działa konwerter protokołu? - Elmark Automatyka
