以太网I/O模块方案

向导科技以太网总线系统是一个总线式的分散控制系统，其目的：

1. 减少系统配接的复杂性，繁琐行。
2. 便于加工，维护、维修。
3. 减少连线数量，减轻人工工作量。
4. 降低生产制造成本。
5. 更重要的是与工业网络发展的技术接轨。

方案的技术面前瞻
      随着科学技术的飞速发展，工业自动化控制领域也在发生着巨大的变革。由过去传统的通过模拟量集中控制现场设备和仪表的方式发展到分布式系统（DCS）。再到今天，随着微处理器的应用普及，工业现场中已大量使用集信息采集、显示、处理、传输以及优化控制等各异功能的设备模块及智能仪表。这些设备模块和仪表能够相互之间通过简单的连接（双绞线或光缆）以数字信号方式进行相互间的通信、接收系统中的控制策略进行下位或局部的控制操作，在精度、可操作性以及可靠性、可维护性等方面都与传统系统有着质的变化。并已在工业现场的某些应用中形成了标准，这就是今天所说的现场以太网总线控制系统TCP/IP-FCS。
      TCP/IP-FCS废弃了DCS 的输入/输出单元和控制站, 把DCS 控制站的功能块分散地分配给现场仪表, 从而构成虚拟控制站，彻底地实现了分散控制。现场总线体现了分布、开放、互联、高可靠性的特点，而这些正是DCS系统的缺点。DCS通常是一对一单独传送信号，其所采用的模拟信号精度低，易受干扰，控制人员对模拟仪表往往难以调整参数和预测故障，处于"失控"状态。另外，很多的仪表厂商自定标准，互换性差，仪表的功能也较单一，难以满足现代的要求，而且几乎所有的控制功能都位于控制站中。
     TCP/IP-FCS则采取一对多双向传输信号，采用的数字信号精度高、可靠性强，设备也始终处于操作员的远程监控和可控状态，用户可以自由按需选择不同品牌种类的设备互联，智能仪表具有通信、控制和运算等丰富的功能，而且控制功能分散到各个智能仪表中去。由此我们可以看到TCP/IP-FCS相对于DCS的巨大进步。
      TCP/IP-FCS的接线较为简单，而且一条传输线可以挂接多了设备，大大节约了安装、使用、维护的成本，最终达到增加利润的目的。

     目前工业现场大量的使用现场总线，以主从模式介入控制策略。从机作为远程终端设备(Remote Terminal Unit，RTU)是一种远程测控智能装置。它不仅可以采集、监测、计算和存贮现场的设备信号，而且能独立地完成预定的控制程序、执行上位机的指令，并将执行结果和现场数据回传上位机。RTU比PLC具有更优良的通讯和控制能力，适用于恶劣的工作环境及实现复杂的特殊算法。
随着自动化、计算机、网络等技术的不断发展以及ERP战略的广泛实施，各种应用和服务对信息的实时性、可靠性、可扩展性等提出了越来越高的要求。目前传统RTU无论在结构上还是实现方法上都已经很难满足实际现场的要求。
主要表现在：
(1) 通信规约不统一。存在众多的通信规约，如DNP 3.0、Modbus、SCI、CDC、CDT等等，不同设备之间的互联及升级较困难；
(2) 通讯速率较低。传统的RTU通信方式多为RS-232/422/485总线方式，通信速率成为系统性能的瓶颈。
     90年代后期，Internet/Intranet技术日趋成熟，设备网络化及普适计算模式的概念不断形成，新投入的自动化系统及管理网络开始广泛地采用TCP/IP网络技术，新的自动化控制与通讯国际标准也不断出台。这就要求新型的RTU能够充分利用现有通信资源，提高数据的吞吐量，保证系统的高速性，同时又具有更好的开放性、兼容性。为适应这一发展潮流，考虑采用或设计一套基于以太网技术的工业总线型RTU，俗称工业以太网RTU。

关于协议：
     目前工业以太网有四个主要的竞争者:Modbus/TCP工业以太网、Ethernet/I P工业以太网、Foundation Fieldbus HSE工业以太网和Profinet工业以太网。其中，Modbus/TCP工业以太网较为流行、简单，是一种高效的控制方案解决标准，有成为主流的趋势。
Modbus/TCP 通信协议是一种被不同的现场总线厂家及协会广泛采用的工业以太网标准，在2004 年成为我国国家标准。对于现场总线控制中采用的TCP/IP 协议通信的设备都适用，尤其适用于工业以太网中的I/O 模块、PLC 等设备与其他网络节点的数据交互。
而Modbus协议是一种全开放，免费提供，非常容易理解和实施的协议，从70年代诞生以来，一直在不同的工作领域中得到广泛应用，是一种事实上工业标准。其主机/从机通信机理能很好地满足确定性的要求，这恰好与互联网的客户机/服务器的通信机理相对应。
它与以太网TCP/IP结合，在TCP帖中嵌入Modbus信息帧，成为Modbus TCP/IP，在工业自动化领域中，具有很高的性能价格比，是一种真正开放的理想解决方案，试验表明了它的有效性，应用案例已证明了它在实际应用中的价值。
综上考虑，选择的方案是：以太网RTU，协议为 Modbus TCP/IP。

网络的结构
     系统采用Client/Server模式。模块设置为服务器模式，子网掩码全部是255.255.255.xxx。即在同一组局域网内。主控计算机控制软件为客户端，每次启动由主控计算机主动连接服务器模块。客户机和服务器采用(TCP/IP)面向连接的通信协议：客户机和服务器模块之间会建立一个虚拟连接，这个连接一旦建立，客户机和服务器之间就可以把数据当作一 个双向字节流进行交换；如果连接建立不成功，则不会发送数据。客户机为主动通讯设备，所有的对话均由其发起，服务器只是被动应答命令，通讯过程是主从式：找服务器、建立连接、数据传输和终止连接，需要的协议：ARP, TCP, IP. Modbus是在TCP之上的应用层协议。

I/O模块的设计
     基于以太网通信的通用I/O模块，可应用于各种工业现场行业，模块可以单独使用，也可以进行扩展， 扩展的方式可以有两种：
1. 模块上还带有RS485接口，可以组成下一层的总线扩展，此时模块变为桥接设备。
2. 模块上不带RS485接口，仅有以太网接口。用户可以通过以太网交换机/集线器，连接多个模块。
功能特点：
16路开关量输入\出。
额定输入\出： 直流12－48V
输入方式： 光耦隔离
扫描方式： 中断(和)或查询 方式
SOE记录功能
电源： 直流 24V ± 10 %
通信定义：Modbus TCP/IP采用10M/100M自适应以太网。
如果带有RS485接口，采用Modbus规约的RTU方式，波特率9600bps，1位起始位，8位数据位，1位停止位，无校验。
设置：
系统设有一位设置开关，在系统启动时，开关拨到OFF位置，为正常工作状态，拨到ON位置系统进入设置状态。设置状态下，通信口的设置为9600 BPS, N,8,1；以太网接口的设置为
IP地址: 192.168.1.8 网关地址 192.168.1.254 子网掩码 255.255.255.0
MAC地址： 01 23 45 67 89 AB
这是通过设置保持寄存器，可以对系统进行设置。