Modbus 分配器有三种形式,每种都旨在满足不同的使用场景。我们将检查这三种选项,帮助你选择合适的一种。在某些情况下,你只需要一个物理的 Modbus RS485 分配器,而在其他场景中,软件解决方案更有意义。
以下三种 Modbus 数据分配器类型较为常见。
• 无源分配器是一种物理设备,它将 RS485 电缆分支,使多个设备可以在近距离使用该信号。
• 有源分配器是一种有电源供电的设备,它对 Modbus 信号进行隔离和再生,以便在更大的网络中使用,从而将电气噪声降到最低。
• 软件分配器允许多个应用程序同时共享一个 Modbus 端口。它不支持两个物理 Modbus 主站共享同一条 RS485 总线。
物理 Modbus 分线器
物理 Modbus 分线器可以是无源的,也可以是有源的。每种类型都有不同的用途。
无源分配器,例如集线器或 Y 型适配器
无源分线器是一种无需供电的设备,可将单一路 RS485 信号分成多路线路,通常用于目标设备彼此距离较近的小型实施场景。它不增加任何有源器件,也不会延展有效电缆预算。合并后的网络仍受 RS485 标准限制:约 1200 m 和 32 台设备。这些特性使无源分线器非常适合硬盘机柜等紧凑型安装。但它不适用于较长的支线分支(stub)也不适用于混用来自多个制造商且端接因素不同的设备。
如果你需要注入电源,无源分线器将无法工作。它们只分配信号,而不会对信号进行增强。基于 RJ45 的简单无源集线器大约 $50 即可获得。更复杂的无源 Modbus 分线器,例如 Schneider Electric LU9GC3 分线器模块,价格约 $400,可将最多 8 台设备连接到单个 PLC。
购买无源分线器时,你应核实以下几个因素。
• 你需要的端口/分支数量,因为它们通常支持 3 到 10 路。
• 使用的连接器类型,可能是螺钉端子、RJ45,或用于与现有布线集成的 DIN 导轨端子排。
• 你是否需要在每个分支末端加装端接电阻,或端接电阻是否已内置在设备中。
有源分配器,例如 RS485 中继器或隔离器
有源分线器是一种带电源的设备,可对信号进行再生并增加隔离。它们通常用于长距离布线以及大型、噪声较大的网络。有源分线器不仅仅是分配 Modbus 信号。它们会再生信号,使每个分支都成为一个独立的 RD485 段,并具备终端电阻和设备数量限制。这些特性支持将更长的电缆连接到更多设备,相比无源分线器更具优势。
有源 Modbus 分线器提供的信号隔离有助于保护主设备免受因从设备发生电气接地故障而引起的地环路损坏。有源分线器使用自己的电源,通常在无源分线器无法满足设备数量或所需距离时部署。一个具备隔离能力的典型中继器/转换器,例如 RPT-485_422-4,可通过 2.5kV 隔离将总线延伸至最长 1.2 km,价格约为 120 美元。如果你需要额外的协议转换或更高的隔离电压,成本会增加。
购买有源 Modbus RS485 分线器时,请检查以下因素。
• 大多数有源分线器需要外部 9–30VDC 电源。
• 常见的隔离电压为 2.5kV,但在更严苛的电气环境中,你可能会选择 3–4.5kV。
• 设备是自动感知数据格式和波特率,还是需要进行配置以与其他设备集成。
软件 Modbus 分离器
Windows 将串行端口的访问限制为一次只能由一个应用程序使用。软件分配器克服了这一限制,使多个程序能够同时从同一端口读取 Modbus 数据。接下来,我们将更深入地了解 Virtual Serial Port Driver PRO,这是一款功能丰富的软件 Modbus 分配器。
虚拟 COM 端口拆分
专用解决方案 – RS485 Splitter – 将让您创建虚拟 RS485 端口并以这样的方式分配 Modbus 数据,使所有端口将同时接收到相同的数据。这意味着您将能够将进入 COM1 的数据复制到例如虚拟 COM2、COM3、COM4 等。连接到 COM1 的虚拟副本后,多个应用程序实际上将获得对真实串口的共享访问。
Virtual Serial Port Driver PRO 允许您拆分和合并 RS485、RS232 和 RS422 设备使用的串口,将数据从一个端口重定向到另一个端口,并创建复杂的端口捆绑。
使用这款 Modbus 数据分流软件,您可以根据需要创建任意数量的虚拟 COM 接口。尤其重要的是,它们都将完全模拟原始硬件端口的参数和配置。
分步指南
要将一个物理 RS485 端口拆分为多个虚拟端口,请按以下简单步骤操作:
1. 下载 Virtual Serial Port Driver PRO 并将其安装到您的计算机上。
2. 启动应用。打开“拆分”选项卡并选择“拆分真实端口”
3. 选择需要被复制的真实端口,点击“加号”按钮添加虚拟端口(它们将与被拆分的真实端口通信)您可以根据需要创建并添加任意数量的虚拟端口。
4. 选择一个虚拟端口在捆绑包中设置为主端口,然后点击“设为主端口”
5. 最后,点击“创建”按钮,您的 COM 端口捆绑包将自动出现在捆绑包树中。
就是这样!现在,进入真实串口的 Modbus 数据将被发送到所有虚拟端口以及连接到它们的应用程序。
此外,作为拆分串口数据的替代方案,该解决方案还可以帮助你在多个应用程序之间共享一个真实端口,并为每个应用程序设置访问权限(读取”写入”和“控制”
如何为您的使用场景选择合适的 Modbus 分配器
使用此简单指南来确定您需要的 Modbus 分线器类型。
• 如果您在一台 PC 上有多个应用程序需要访问同一个 Modbus 端口,请选择软件分线器。
• 当您希望 Modbus 信号通过短支路传输到附近设备时,请选择无源分线器。
• 使用有源分线器以支持更多设备、更长的电缆布线,并提供电气隔离以降低噪声。
常见的 Modbus 分离器使用案例
我们为以下常见用例匹配合适类型的 Modbus 分配器。
• 两个 SCADA 系统监控同一个 PLC 需要软件分配器。
• 需要访问同一端口的 PLC、SCADA 和历史数据记录系统需要软件分配器。
• 要在同一机柜内将 Modbus 信号共享给多台设备,请使用无源分配器。
• 支持设备分布广泛的大型生产线需要有源 Modbus 分配器。
软件 vs. 硬件
此表总结了三种 Modbus 分离器之间的差异。
| 无源分线器 | 有源(RS485)分线器 | 软件分线器(VSPD) | |
| 使用场景 | 将一根电缆分支连接到多个设备 | 在大型总线和多设备场景下延长或隔离信号 | 使一台 PC 上运行的多个应用能够读取同一个 COM 端口 |
| 供电 | 否 | 是 | 不适用(软件) |
| 典型成本 | ~$20–$100 | ~$100–$400+ | 按许可证授权,起价 $199.95 |
| 分线器所在位置 | 在 RS485 布线上 | 在 RS485 布线上 | 在 Windows 机器上 |
| 限制 | 无法解决软件端口争用 | 无法解决软件端口争用 | 无法解决物理总线/主站冲突 |
结论
三种类型的 Modbus 分配器旨在解决三种使用场景。使用错误类型的分配器将无法产生可接受的结果。当您需要通过短分支连接附近的设备时,无源分配器是正确的选择。如果您需要隔离或正在支持一条较长且噪声较大的总线,请选择有源物理分配器。
当布线不是问题,但您需要让多个 Windows 应用程序同时打开同一个 COM 端口时,您需要软件分配器。Virtual Serial Port Driver PRO 是一个简单的解决方案,只需点击几下即可解决该问题。它可让您将物理端口中的数据准确复制到您的应用程序所需数量的虚拟端口。
常见问题
是的,如果您想拆分数据,以支持同一台计算机上的多个应用程序访问该机器的 COM 端口。一款虚拟端口驱动程序(例如 VSPD PRO)不会影响物理布线;它只是将传入的数据复制到多个虚拟端口上。
不,它们本质上是同一回事,因为 Modbus RTU 是运行在 RS485 物理层上的协议。Modbus RTU 分线器”和“Modbus RS485 分线器”这两个术语通常可以互换使用,因为它们都是将一条 RS485 串行线路进行分线。
它们可以,但需要专为多主仲裁设计的专用硬件。不过,在这种设置下你仍然可能会遇到超时。被动分线器不足以管理两个主设备之间的总线争用。