Modbus 分配器有三種形式,每一種都旨在滿足不同的使用情境。我們將檢視這三種選項,協助你選擇合適的方案。在某些情況下,實體 Modbus RS485 分配器就足夠了;而在其他情境中,軟體解決方案可能更合理。
以下三種類型的 Modbus 資料分配器最為常見。
• 被動式分配器是一種實體裝置,可將 RS485 電纜分支,讓多個裝置能在近距離共用訊號。
• 主動式分配器是一種需要供電的裝置,可隔離並再生 Modbus 訊號,以在較大型的網路中降低電氣雜訊。
• 軟體分配器可讓多個應用程式同時共用一個 Modbus 連接埠。它不支援兩個實體 Modbus 主站共用同一條 RS485 匯流排。
實體 Modbus 分配器
實體 Modbus 分線器可以是被動式或主動式。每種類型都有不同的用途。
被動式分路器,例如集線器或 Y 型轉接器
被動式分配器是一種不需供電的裝置,可將單一路 RS485 訊號分成多條線路,通常用於小型佈署且目標裝置彼此距離很近的情境。它不增加任何主動元件,也不會延伸有效的線纜預算。整體網路仍受 RS485 標準限制:約 1200 m 與 32 台裝置。這些特性使被動式分配器很適合用於緊湊型安裝,例如硬碟機櫃。不適用於較長的分支短支線(stub)或在混用多家製造商裝置且終端匹配因素不同的情況。
如果你需要注入電源,被動式分配器將無法運作。它們只分配訊號,不會放大。簡單的 RJ45 被動式集線器約 $50 即可取得。較精密的被動式 Modbus 分配器(例如 Schneider Electric LU9GC3 分配器端子台)約 $400,可將最多 8 台裝置連接到單一 PLC。
購買被動式分配器時,你應該確認幾個因素。
• 你需要的埠/分支數量,因為它們通常支援 3 到 10 個。
• 所使用的連接器類型,可能是螺絲端子、RJ45,或可與既有配線整合的 DIN 導軌端子台。
• 你是否需要在每個分支末端加裝終端電阻,或是終端電阻是否已內建於裝置中。
如 RS485 中繼器或隔離器等主動式分配器
主動式分配器是一種需供電的裝置,可再生訊號並提供隔離。它們通常用於長距離佈線,以及大型且雜訊較多的網路。主動式分配器不只是分配 Modbus 訊號;它們會再生訊號,使每個分支都成為獨立的 RD485 匯流排區段,並具備終端電阻與裝置數量限制。這些特性可支援比被動式分配器連接更長的電纜並掛載更多裝置。
主動式 Modbus 分配器所提供的訊號隔離,有助於保護主站裝置,避免因從站裝置發生電氣接地故障而造成的地迴路損壞。主動式分配器使用自身的電源供應器,通常在被動式分配器無法處理裝置數量或所需距離時才會部署。具備隔離能力的典型中繼器/轉換器,例如 RPT-485_422-4,可透過 2.5kV 隔離將匯流排延伸最遠達 1.2 km,價格約為 120 美元。若需要額外的協定轉換或更高的隔離電壓,成本會增加。
購買主動式 Modbus RS485 分配器時,請檢查以下因素。
• 大多數主動式分配器需要外接 9–30VDC 電源供應器。
• 常見的隔離電壓為 2.5kV,但在較嚴苛的電氣環境中,你可能會選擇 3–4.5kV。
• 裝置是否會自動偵測資料格式與鮑率,或需要進行設定才能與你的其他裝置整合。
軟體 Modbus 分流器
Windows 會限制序列埠的存取一次只能由一個應用程式使用。軟體分流器可克服這項限制,讓多個程式能同時從同一個埠讀取 Modbus 資料。接下來,我們將更深入了解 Virtual Serial Port Driver PRO,一款功能豐富的軟體 Modbus 分流器。
虛擬 COM 連接埠分割
專用解決方案 – RS485 分割器 – 將讓您建立虛擬 RS485 連接埠並分割 Modbus 資料,使所有連接埠能同時接收相同資料。這表示您將能把進入 COM1 的資料複製到例如虛擬 COM2、COM3、COM4 等等。連線到 COM1 的虛擬副本後,數個應用程式實際上將獲得對真實序列連接埠的共享存取。
Virtual Serial Port Driver PRO 可讓您分割與合併 RS485、RS232 與 RS422 裝置所使用的序列連接埠,將資料從一個連接埠重新導向到另一個連接埠,並建立複雜的連接埠組合。
使用此 Modbus 資料分割器軟體,您可以擁有所需數量的虛擬 COM 介面。特別重要的是,它們全部都將完整模擬原始硬體連接埠的參數與組態。
逐步指南
要將一個實體 RS485 連接埠分割成多個虛擬連接埠,請依照以下簡單步驟操作:
1. 下載 Virtual Serial Port Driver PRO 並將其安裝在您的電腦上。
2. 啟動應用程式。開啟「Split」分頁並選擇「拆分真實連接埠」
3. 選擇需要被複製的實體埠,按一下「加號」按鈕新增虛擬埠(將與分割後的實體埠進行通訊)您可以依需求建立並新增任意數量的虛擬埠。
4. 選擇一個虛擬連接埠設為套件中的主要連接埠,然後點擊「設為主要」
5. 最後,按一下「建立」按鈕,您的 COM 連接埠套件將自動出現在套件樹狀結構中。
就這樣!現在,進入真實序列埠的 Modbus 資料將會傳送到所有虛擬埠以及連接到它們的應用程式。
此外,作為分割序列資料的替代方案,此解決方案也能幫助您在多個應用程式之間共用一個真實埠,並為每個應用程式設定存取權限(讀取」寫入」與「控制」
如何為您的使用案例選擇合適的 Modbus 分配器
使用這份簡單的指南來判斷您需要哪種類型的 Modbus 分線器。
• 若您在單一 PC 上有多個應用程式需要存取同一個 Modbus 連接埠,請選擇軟體分線器。
• 當您希望 Modbus 訊號透過較短的分支傳送到附近的裝置時,請選擇被動式分線器。
• 使用主動式分線器可支援更多裝置、更長的電纜佈線,並提供電氣隔離以降低雜訊。
常見的 Modbus 分配器使用案例
我們將以下常見使用情境與合適類型的 Modbus 分配器配對。
• 兩套 SCADA 系統監控單一 PLC 需要軟體分配器。
• 一台 PLC、SCADA 與歷史資料庫需要存取相同連接埠時,需要軟體分配器。
• 要在同一機櫃內與多個裝置共享 Modbus 訊號,請使用被動式分配器。
• 支援裝置分布廣泛的大型產線需要主動式 Modbus 分配器。
軟體 vs. 硬體
此表總結了三種類型的 Modbus 分配器之間的差異。
| 被動分線器 | 主動(RS485)分線器 | 軟體分線器(VSPD) | |
| 使用情境 | 將單一纜線分支到多個裝置 | 在大型匯流排與多個裝置之間延伸或隔離訊號 | 讓同一台 PC 上執行的多個應用程式讀取相同的 COM 埠 |
| 供電 | 否 | 是 | 不適用(軟體) |
| 典型成本 | 約 $20–$100 | 約 $100–$400+ | 按授權計費,$199.95 起 |
| 分線器所在位置 | 在 RS485 佈線上 | 在 RS485 佈線上 | 在 Windows 主機上 |
| 限制 | 無法解決軟體埠競用問題 | 無法解決軟體埠競用問題 | 無法解決實體匯流排/主站衝突 |
結論
三種類型的 Modbus 分接器是為了對應三種使用情境而設計的。使用錯誤類型的分接器將無法產生可接受的結果。當你需要透過短支線連接附近的裝置時,被動式分接器是正確的選擇。如果你需要隔離,或是要支援一條長距離、雜訊很大的匯流排,請選擇主動式實體分接器。
當配線不是問題,但你需要讓多個 Windows 應用程式同時開啟同一個 COM 連接埠時,你需要的是軟體分接器。Virtual Serial Port Driver PRO 是一個簡單的解決方案,只要點幾下就能解決這個問題。它能讓你將實體連接埠的資料精確複製到你的應用程式所需的任意多個虛擬連接埠。
常見問題
是的,如果您想要分割資料,以支援在同一台電腦上必須存取該機器 COM 連接埠的多個應用程式。虛擬連接埠驅動程式(例如 VSPD PRO)不會影響實體佈線;它只是將傳入的資料複製到多個虛擬連接埠上。
不,它們本質上是同一回事,因為 Modbus RTU 是在 RS485 物理層上運行的協定。Modbus RTU 分配器」和「Modbus RS485 分配器」這兩個術語通常可以互換使用,因為兩者都是用來分接 RS485 序列線路。
它們可以,但需要專為多主仲裁設計的專用硬體。即使採用這種類型的設定,您仍可能遇到逾時。被動式分接器不足以管理兩個主控端之間的匯流排爭用。