協議轉換網關打通Prof inet轉Modbus TCP鴻溝，實現高速隧道智慧監控
一、項目背景
2025 年，華東某中心城市新建 12km 城市快速路隧道，設計時速 80 km，雙洞 6 車道，日均通行能力 8 萬輛。隧道機電系統採用“三級管理、兩級控制”架構
由於業主已招標選用研華 IPC-610H 工控機（i7-13700E，Windows 11 IoT）運行交通算法，內置 SCADA 僅支持 Modbus TCP 主站協議，而隧道段 30 台遠程 I/O 箱全部通過 ProfiNet 環網接入西門子 PLC，協議天然隔離。若更換 PLC 或重新開發驅動，不僅工期緊張，且造價增加 60 餘萬元。最終，設計院選用“捷米特 JM-TCP-PN工業級協議轉換網關”作為兩端從站，實現毫秒級數據映射，保障通風照明實時聯動，同時保留既有平台軟件零改動。
二、關鍵設備清單
三、JM-TCP-PN 網關技術亮點
1. 雙核雙網口：ARM Cortex-A7 800 MHz 實時核負責 ProfiNet，M4 核負責 Modbus TCP，兩口物理隔離，數據通過 32 k 共享 RAM 交換，延遲 <5 ms
2. 即插即用：內置 GSDML 文件，博圖 V18 一鍵導入；同時提供 6000+ 常用 Modbus 寄存器模板，無需手動計算地址。
3. 冗餘功能：支持 S2 冗餘模式，ProfiNet 側可接入 MRPD 環網，Modbus TCP 側可設置雙 IP，主備網關無縫切換。
4. 寬温設計：-40~+85 ℃，鋁殼無風扇，滿足隧道強排風 24 h 運行。
5. 診斷豐富：自帶 Web 界面、SNMP MIB、ProfiNet 診斷緩存，LED 三色燈指示協議狀態，方便運維。
四、網絡拓撲與連接
五、博圖側 Profinet 配置
1. 在 TIA Portal V18 新建項目，導入捷米特提供的 GSDML-V2.43-Jeemit-JM-TCP-PN-20250718.xml，拖拽至網絡視圖。
2. 設置設備名稱“JM_TCP_PN_Tunnel1”，I/O 映射長度 64 Word In / 64 Word Out，更新週期 4 ms，使能“支持優先啓動”。
3. 將 PLC 與網關分配到同一同步域，IRT 拓撲選擇“環型”，啓用 MRPD。
4. 編譯下載後，PLC 在線掃描，網關 Status=0x00，無丟包，RT 等級 Class B。
六、Modbus TCP 側映射表
網關默認使用 Modbus 功能碼 03/16，端口 502，最大支持 16 條併發連接，完全滿足雙工控機+調試筆記本同時在線。
七、工控機 SCADA 集成
研華 WebAccess/SCADA 9.1 內置 Modbus TCP 驅動，按上表建點，掃描週期 100 ms。通過腳本實現智能策略：
· 當任一 CO>120 ppm 或 VI<0.007 1/m，自動開啓 4 組 37 kW 射流風機，頻率 45 Hz；
· 根據洞外亮度+車流密度，LED 無級調光，節電率≥28%；
· 火災模式硬線信號優先，網關 10 ms 內將 PLC 的 Fire=1 寫入 40200，觸發 SCADA 彈出視頻聯動。
八、調試與驗證
1. 協議一致性：使用 Wireshark 抓包，ProfiNet 幀間隔穩定 4 ms，無丟序；Modbus TCP 平均響應 3.2 ms，符合 GB/T 19582-2018。
2. 冗餘倒換：拔掉主網關光纖，PLC 在 18 ms 內完成環網切換，SCADA 通信中斷 0 s（雙主站自動漫遊）。
3. 72 h 老化：隧道內 45 ℃、濕度 95 % 連續運行，網關外殼最高 62 ℃，CPU 佔用 38 %，內存佔用 22 %，無重啓。
4. EMC 測試：通過 IEC 61000-4-5 四級浪涌 ±2 kV，IEC 61000-4-3 輻射 80 MHz-1 GHz 10 V/m，不誤碼。
九、運行效果
· 通車 3 個月，日均車流量 7.6 萬輛，CO 均值 52 ppm，亮度自適應後照明能耗下降 31 %，年省電費約 48 萬元。
· 故障統計：通信故障 0 次；風機啓動延遲 <800 ms；車道指示切換延遲 <300 ms，均優於設計指標。
· 運維簡化：網關 Web 界面可遠程升級固件，2025 年 10 月已在線升級至 V1.4.6，新增 SNMP Trap，接入城市綜合管廊 NMS，實現統一告警。
十、經驗總結
通過本案例，捷米特JM-TCP-PN協議轉換網關成功解決了 Modbus TCP 工控機與 ProfiNet 西門子 PLC 的異構網絡互聯，為智能交通行業提供了一條低成本、高可靠、免改代碼的協議互通路徑，具備大規模複製推廣價值。