Các chế độ hoạt động của cổng COM trong bộ chuyển đổi RS-232/422/485 sang Ethernet

Khái quát về bộ chuyển đổi serial RS-232/422/485 sang Ethernet

Các sản phẩm chuyển đổi từ serial RS-232/422/485 sang Ethernet mã NPort cho phép những thiết bị RS-232/422/485 truyền thống có khả năng kết nối mạng, trong đó NPort là một máy tính nhỏ được trang bị một CPU, hệ điều hành thời gian thực, các giao thức truyền thông TCP/IP, có thể chuyển đổi dữ liệu giữa hai định dạng Serial và Ethernet. Chính vì vậy, máy tính của người dùng có thể truy cập, quản lý và cấu hình điều khiển các thiết bị thông qua Ethernet từ bất kỳ nơi đâu.

Các mạng SCADA và hệ thống thu thập dữ liệu truyền thống dựa vào cổng Serial (RS-232/422/485) để tập hợp dữ liệu từ rất nhiều các loại thiết bị khác nhau. Thiết bị NPort hoạt động ở chế độ network cộng thêm một cổng truyền thông RS-232/422/485, chính vì vậy các hệ thống SCADA và thu thập dữ liệu sẽ có khả năng truy cập tới tất cả các thiết bị kết nối trong một mạng TCP/UDP, bất kể thiết bị đang được sử dụng tại khu vực gần xung quanh hoặc hiện trường ở xa.

Sản phẩm chuyển đổi từ serial RS-232/422/485 sang Ethernet Nport là một thiết bị mạng dựa trên một IP ngoài, nên nó có thể cho phép mở rộng số cổng Serial theo yêu cầu của máy chủ. Chỉ cần máy chủ hỗ trợ giao thức TCP/IP, bạn sẽ không bị giới hạn bởi số lượng của các đường Bus máy chủ (như ISA hoặc PCI), hoặc thiếu driver cho các hệ điều hành khác nhau.

Ngoài việc cung cấp các socket truy cập, bộ chuyển đổi từ serial sang Ethernet  Nport còn kèm một Driver Real COM/TTY để có thể đảm bảo truyền tất cả các tín hiệu serial nguyên vẹn. Điều này còn có nghĩa là những phần mềm hỗ trợ COM/TTY đang tồn tại trên hệ thống có thể được tận dụng mà không cần phải đầu tư, bổ sung thêm phần mềm nào khác.

Ba chế độ socket khác nhau: TCP server, TCP client, và UDP Server/Client. Điểm khác biệt chính giữa các giao thức TCP và UDP là: TCP đảm bảo truyền dữ liệu tin cậy bằng việc yêu cầu bên nhận gửi lại xác nhận cho bên gửi; UDP không yêu cầu kiểu xác nhận này, do đó tốc độ gửi tin nhanh hơn, ngoài ra UDP còn cho phép gửi bản tin dữ liệu quảng bá đến một nhóm các địa chỉ IP.

(UDP là một giao thức không định hướng, truyền dữ liệu trực tiếp không cần xác định trước kết nối, không kiểm soát lỗi khi truyền)

Lựa chọn chế độ hoạt động cho bộ chuyển đổi RS-232/422/485 sang Ethernet

 Chế độ Real COM

Bộ chuyển đổi RS-232/422/485 sang Ethernet Nport có thể làm việc trên hệ điều hành Window nhờ vào Driver COM, và cũng hoạt động được trên hệ điều hành Linux nhờ vào Driver TTY. Các Driver thiết lập một kết nối thông suốt giữa máy chủ và các thiết bị Serial bằng việc mapping (ánh xạ) địa chỉ cổng Serial của Nport tới cổng COM/TTY trên máy tính chủ (host). Chế độ hoạt động này hỗ trợ tới 4 kết nối đồng thời, vì thế nhiều máy chủ có thể lấy dữ liệu từ một thiết bị serial ở cùng một thời điểm.

Điểm quan trọng là chế độ Real COM cho phép người dùng tiếp tục sử dụng các phần mềm được lập trình riêng cho giao tiếp serial (RS-232/422/485). Driver có nhiệm vụ chặn/giữ các dữ liệu đã gửi tới cổng COM của host, đóng gói chúng thành một gói tin TCP/IP, sau đó chuyển chúng qua Card Ethernet của máy chủ. Ở đầu kia của kết nối, Nport nhận bản tin gửi qua Ethernet, bóc tách gói tin TCP/IP sau đó gửi tới thiết bị serial phù hợp đang được kết nối tới cổng serial của Nport

Chú ý

Chế độ Real COM cho phép một vài máy chủ có thể truy cập, điều khiển tới cùng 1 thiết bị Nport. Driver đi kèm bộ chuyển đổi serial sang Ethernet NPort điều khiển điều kiện truy cập từ máy chủ tới thiết bị serial bằng việc kiểm tra địa chỉ IP của máy chủ. Cài đặt một danh sách các địa chỉ IP có thể truy nhập nếu ứng dụng yêu cầu địa chỉ IP hợp lệ.
Chế độ RFC2217

Chế độ RFC2217 được tích hợp trong các Dòng NPort 5000A, NPort 5000AI-M12, NPort IA5000A, Nport 5600, và NPort 5600-8-DT/DTL .

Chế độ RFC 2217 tương tự như chế độ Real COM, sử dụng driver để thiết lập một kết nối giữa máy chủ với thiết bị serial bằng việc mapping cổng serial trên thiết bị Nport tới cổng COM trên máy chủ.  RFC2217 xác định cách thức điều khiển cổng COM dựa trên giao thức Telnet. Driver hỗ trợ RFC2217 hiện có rất nhiều trên Internet và có thể được sử dụng để thiết lập cổng COM ảo mapping tới cổng serial trên thiết bị Nport.

Chế độ TCP Server

Trong chế độ TCP Server, Nport cung cấp một địa chỉ IP duy nhất: địa chỉ cổng trên mạng TCP/IP. Nport sẽ chờ một kết nối từ máy chủ, cho phép máy chủ thiết lập kết nối và lấy dữ liệu từ thiết bị serial. Chế độ hoạt động này cũng hỗ trợ tới 4 kết nối đồng thời, nhằm mục đích nhiều máy chủ có thể lấy dữ liệu từ một thiết bị serial ở cùng một thời điểm.

Quá trình truyền dữ liệu được minh họa như hình vẽ:

1. Máy chủ yêu cầu một kết nối với Nport được cấu hình trong chế độ TCP Server
2. Một kết nối được thiết lập, dữ liệu có thể được truyền theo cả hai hướng – từ máy chủ tới Nport và từ Nport tới máy chủ.

Chế độ TCP Client

Trong chế độ TCP Client, khi có dữ liệu serial đến, Nport sẽ chủ động thiết lập một kết nối TCP tới một máy chủ định sẵn, để tiến hành truyền dữ liệu.

Sau khi dữ liệu đã truyền xong, Nport có thể tự động ngắt kết nối với máy chủ nhờ vào cài đặt TCP alive check time hoặc Inactivity time.

Hình vẽ dưới đây minh họa các quá trình truyền dữ liệu:

1. Nport đã được cấu hình chế độ TCP Client và gửi yêu cầu kết nối tới máy chủ
2. Một kết nối được thiết lập, dữ liệu có thể được truyền theo cả hai hướng- từ máy chủ tới Nport và ngược lại

Chế độ UDP

So với việc truyền thông theo chế độ TCP, thì UDP nhanh hơn và hiệu quả hơn. Trong chế độ UDP, có thể gửi dữ liệu quảng bá từ thiết bị serial tới nhiều máy chủ và các thiết bị serial cũng có thể nhận dữ liệu từ nhiều máy chủ, chế độ UDP rất thích hợp cho các ứng dụng hiển thị tin nhắn.

 Chế độ kết nối theo cặp

Trong chế độ này một cặp hai Nport được kết nối với nhau, thường được sử dụng để loại bỏ giới hạn 15m khoảng cách truyền trong giao tiếp qua RS-232. Cơ chế như sau: Qua cổng RS-232, Nport được kết nối tới cổng COM của máy tính hoặc các loại thiết bị cầm tay PDA. Các thiết bị serial cũng sẽ kết nối với một bộ chuyển đổi RS-232/422/485 sang ethernet Nport khác cũng qua cổng RS-232. Giữa hai Nport đó được kết nối bằng cáp Ethernet (cáp chéo). Cả hai phải trong cùng một mạng LAN hoặc với những thiết lập nâng cao, chúng có thể giao tiếp với nhau thông qua mạng WAN (ví dụ như qua một hoặc nhiều Router). Chế độ kết nối theo cặp có thể truyền cả dữ liệu và tín hiệu điều khiển modem (tuy nhiên nó không thể truyền tín hiệu DCD- Data Carrier Detect) giữa hai thiết bị Nport.
Chế độ Ethernet Modem

Chế độ Ethernet Modem được tích hợp trong các Dòng NPort IA5000/IA5000A, NPort 5000A, Nport 5000AI-M12 và NPort 5100 series.

Chế độ Modem Ethernet được thiết kế để sử dụng trọng hệ thống cũ không hỗ trợ TCP/IP Ethernet như MS-DOS. Bằng cách kết nối các cổng serial của Nport tới cổng serial của máy tính chạy hệ điều hành MS-DOS là có thể tận dụng phần mềm hiện hữu để truyền dữ liệu qua Ethernet thay vì qua modem như thiết kế ban đầu.

Chế độ Reverse Telnet

Chức năng quản lý cấu hình được sử dụng rất phổ biến bằng việc sử dụng các cổng Console/ AUX hoặc các cổng COM của Router, Switch và UPS. Rtelnet làm việc như chế độ RAW, trong đó chỉ một cổng TCP được lắng nghe sau khi khởi động. Hệ thống sau đó sẽ đợi một máy chủ trong mạng thiết lập kết nối. Điểm khác biệt là chế độ RAW không cung cấp các chức năng chuyển đổi như Telnet. Nếu các thiết bị đã kết nối cần sử dụng chức năng chuyển đổi CR/LF (Carriage Return/Line Feed-ký tự kết thúc frame dữ liệu truyền thông) khi điều khiển thì người dùng cần phải chọn chế độ Rtelnet.

Chế độ ngưng

Khi một cổng nào đó được cài đặt ở chế độ Disabled, cổng đó sẽ ngưng hoạt động.