在复杂、庞大的现场监控系统中，往往需要管理层的中心控制室对多个现场层的数据进行集中控制。那么管理层是如何获得这些数据的呢？这就是我们这篇文章研究的重点：数据转发。

所谓的现场层，就是由现场的数据采集工作站和设备组成的。图1.1就是一个现场层实例，由现场设备控制器和现场操作平台数据采集装置TPC组成。

图1.1 现场控制实例示意图

所谓的管理层，就是管理1个或多个现场的中心层。

本文所研究的数据转发问题，主要是现场层某个控制点和下一个控制点间的数据转发，以及现场层的信息向中心管理层的数据转发。

二、数据转发环境分析

1、信息平行转发

所谓平行转发，就是同样在管理层或者是现场层，层内的控制信息需要进行数据共享，采用转发模式。

信息平行转发的特点是转发网络多为现场总线，甚至为同一条总线。

如果每个现场有多个控制点，每个控制点和下个点都有传承关系，那么，需要把上一个点的数据转发给下一个点。

通常，我们在控制现场遇到的转发环境包括两种，一种是逻辑控制器，比如PLC直接中转数据；另外一种是通过嵌入式触摸屏TPC做中转进行数据转发。

第一种数据转发模式环境如图2.1.1所示：

图2.1.1 PLC直接数据转发示意图

现场信息是通过PLC进行数据转发的。我们可以看到信息源PLC2的数据是通过S7-226XPCN转发给TPC的。这种转发方式连接比较简单，但对PLC的性能要求比较高，比如在上面的PLC中，必须选用S7-200系列高端的PLC。同时，在S7-226XPCN中，需要做自由口通讯的编程，也有一定工作量和技术含量。

优点：结构简洁，实时性较高，专用性强。

缺点：由于硬件的限制和PLC编程的限制，扩展性较差。

这种情况的主要工作是PLC的选型和其内部逻辑编程。在本文中，我们不做主要讨论。

第二种，经过嵌入式触摸屏TPC的数据转发，如图2.1.2所示：

图2.1.2 嵌入式TPC数据转发示意图

如果PLC1需要PLC2的信息，可以通过控制柜上的触摸屏进行转发。这种方式与第一种转发情况相比，PLC可以专注于现场过程控制，数据转发的任务交给TPC来完成。

优点：PLC更为专注，TPC使用组态软件，转发工作量降低；模式的开放性和扩展性能更好。

缺点：因为TPC处理界面、存储等并行事务更多，所以，针对通讯转发的实时性能有可能减弱。

这种模式，在现场监控系统中应用也很广泛。由于TPC通讯扩展性很高，所以，转发模式变化很多。比如，现场对转发性能要求很低。那么，我们可以采用如图2.1.3所示一个串行总线连接多台PLC，进行数据转发。

图2.1.3 串行总线连接PLC进行数据转发

而且，如果每个控制点距离很远，可以借助以太网进行转发，那么，可以通过这个控制点的机柜上面的触摸屏TPC，和下一个控制点的机柜上面的触摸屏TPC进行数据转发。如图2.1.4所示：

图2.1.4 触摸屏TPC之间的数据转发

这种转发模式，是本文讨论的重点。

2、信息上行转发

由于现场总线所处的特殊环境及所承担的实时控制任务是普通局域网和以太网技术难以取代的，因而现场总线至今依然保持着它在现场控制层的地位和作用，但现场层需要同上层与外界实现信息交换。

因为，在工业控制现场，我们一般将现场设备称为下，将管理层称为上。所谓上行转发，就是现场层的信息，需要转发给管理层的数据转发情况。因为跨层，而且信息的来源是控制现场，管理层根据现场的情况进行监控，所以，我们称信息为上行转发。

信息上行转发的特点是现场层为现场总线，管理层一般为以太网，甚至无线方式转发。图2.2.1是信息上行数据转发的实例：

图2.2.1 信息上行数据转发实例

实际上从数据角度看，信息上行转发包括向下发送查询/控制指令报文，同时，现场反馈数据/确认报文。也就是说，在本文我们将寄存器数据的写操作，包括在信息上行转发过程中了，下面不再赘述。

三、解决方案

1、信息平行转发解决分析

在工业现场，我们最常见的信息平行转发是以触摸屏人机界面为核心的多智能仪表协同工作。图3.1.1是信息平行转发的实例：

图3.1.1信息平行转发实例

这时，HMIBuilder提供基于现场总线的温控仪表的驱动，采集现场温度参数。如果工艺要求的温度可以触发PLC的过程控制执行单元完成某个动作，那么，一种是这个控制逻辑可以在HMIBuilder运行的后台逻辑中，当温度判断符合条件，发出控制信号给PLC的I/O执行；另外一种是温度信号直接转换给PLC的某个寄存器，在PLC的运行逻辑中，判断是否可以执行相应的工艺动作。

然后，如果针对上面方案的PLC端加以延伸，那么，我们可以看到，可以通过ModbusRTU从驱动程序，将TPC2模拟出一个modicon的PLC了。TPC1会主动将信息写给TPC2，然后，继续下面的信息流。如图3.1.2所示：

图3.1.2 信息平行转发扩展实例1

反之，如果我们将温控仪表端加以延伸，那么，我们看到，可以通过ModbusRTU从驱动程序，将TPC3模拟出一个Modicon的PLC了。TPC1会主动将读取TPC3的信息，然后，继续下面的信息流。如图3.1.3所示：

图3.1.3信息平行转发扩展实例2

2、信息上行转发解决分析

Modbus/TCP协议是最为常用的一种开放的通信协议，是Modbus协议族中的一个，结构简单易用，广泛的应用于各种自动化设备上。因为上层管理网络常常是以太网络，所以，我们可以通过Modbus/TCP数据转发功能，实现中心站与现场各种协议、各种设备之间的数据采集和传输。

Modbus/TCP的数据通讯也是采用Master/slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求：Master端也可以直接发消息修改slave端的数据，实现双向读写。

同时，Modbus/TCP的数据通讯可以根据需要建立1个或多个TCP连接。对于Modbus/TCP设备来说，协议规定设备的TPC端口固定为502。但是，我们转发的时候，可以组态不同的端口，实现多个连接数据转发。

图3.2.1 Modbus/TCP数据转发模型

在工业现场的HMI平台，eHMIBuilder中现场总线与上层网络的连接是通过Modbus/TCP数据转发，把现场总线网段或DCS连接到以太网上，来进行总线数据的上层转发。

在基于eHMIBuilder的嵌入式触摸屏TPC中，我们通过Modbus/TCP数据转发方式，就成功地解决了现场控制系统中数据转发的问题。如图3.2.2所示：

图3.2.2 基于eHMIBuilder的Modbus/TCP数据转发模型