基于雙線以太網的Modbus TCP-MQTT協議轉換網關設計
電子技術應用
馬濤，于會群，彭道剛，孫浩益
上海電力大學 自動化工程學院，上海 200090
摘要： 隨著工業互聯網的發展，雙線以太網憑借其數據傳輸和遠程供電能力、高效利用空間和節約成本的特點被廣泛應用在工業物聯和智能制造領域。設計了一種雙線以太網協議轉換網關，將雙線以太網Modbus TCP協議轉換為MQTT協議，并將數據發送到阿里云物聯網平臺。首先介紹了雙線以太網協議轉換網關系統使用的硬件和設計的軟件構架，再通過搭建實驗環境并部署EdgeX Foundry平臺驗證其可行性。測試結果表明，所設計雙線以太網網關的硬件能夠進行數據傳輸，雙線以太網網口在不同的帶寬和長度的條件下能達到理論的傳輸速率，雙線以太網網關的軟件能正常接收Modbus TCP數據并實現MQTT通信。
關鍵詞：雙線以太網；網關；協議轉換
中圖分類號：TP273；TP393.11 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234341
中文引用格式： 馬濤，于會群，彭道剛，等. 基于雙線以太網的Modbus TCP-MQTT協議轉換網關設計[J]. 電子技術應用，2023，49(12)：108-113.
英文引用格式： Ma Tao，Yu Huiqun，Peng Daogang，et al. Development of Modbus TCP-MQTT protocol transfer gateway based on single pair Ethernet[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(12)：108-113.
中文引用格式： 馬濤，于會群，彭道剛，等. 基于雙線以太網的Modbus TCP-MQTT協議轉換網關設計[J]. 電子技術應用，2023，49(12)：108-113.
英文引用格式： Ma Tao，Yu Huiqun，Peng Daogang，et al. Development of Modbus TCP-MQTT protocol transfer gateway based on single pair Ethernet[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(12)：108-113.
Development of Modbus TCP-MQTT protocol transfer gateway based on single pair Ethernet
Ma Tao，Yu Huiqun，Peng Daogang，Sun Haoyi
School of Automation Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China
Abstract： With the development of the industrial Internet, single pair Ethernet is widely used in the field of industrial IoT and intelligent manufacturing with its data transmission and remote power supply capabilities, efficient use of space and cost savings. The single pair Ethernet protocol conversion gateway designed in this paper converts the single pair Ethernet Modbus TCP protocol to MQTT protocol, and sends the data to Ali Cloud Internet of Things platform. This paper first introduces the hardware and software architecture of the single pair Ethernet protocol conversion gateway system, and then verifies its feasibility by setting up the experimental environment and deploying the EdgeX Foundry platform. The test results show that the hardware of the single pair Ethernet gateway designed in this paper can carry out data transmission, the single pair Ethernet network port can reach the theoretical transmission rate under different bandwidth and length conditions, and the software of the single pair Ethernet gateway can receive Modbus TCP data normally and realize MQTT communication.
Key words : single pair Ethernet；gateway；protocol conversion
0 引言
工業4.0的提出和工業互聯網的發展，加速推進了智能制造行業和傳統工業等主流行業的發展[1]，工業以太網自IEEE802.3以太網電纜規范發布以來，市場上存在多種工業以太網協議，如Modbus/TCP、Ethernet/IP、PROFINET等[2-3]。雙線以太網相比于標準以太網不僅可以滿足在數據傳輸速率的要求，而且在布線成本和空間容量上有著巨大優勢。在某種意義上可以將雙線以太網當作標準以太網的補充和完善，可以根據不同的場景使用或結合不同以太網技術，兩者相輔相成[4]。
雙線以太網目前主要應用在汽車工業領域[5]，從2022年開始雙線以太網將逐漸應用在流程工業，2025年將應用在鐵道行業、智能機器人、工業自動化領域，并于2028年應用在樓宇自動化中。由此來看，雙線以太網的發展能在特定的方面替代傳統的以太網技術，還有更多的價值能夠被挖掘。隨著工業技術發展，工業現場中需要使用長距離數據傳輸的通信協議規范，因此行業內推出一種專門為工業通信的通信協議規范，遵循IEEE802.3cg 10BASE-T1L通信標準，極限通信距離為 1 000 m，且通信帶寬為10 Mb/s[5]。
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作者信息：
馬濤，于會群，彭道剛，孫浩益
（上海電力大學 自動化工程學院，上海 200090）
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