Windows 工业通讯工具：OPC / Modbus / 串口 / Kepware / 模拟器

Fri, 15 Apr 2016 00:00:00 +0800

一、工控领域 Windows 通讯工具背景

2016 年是工业 4.0 / 智能制造概念在国内开始落地的关键年份。传统 PLC 厂商（西门子 S7、三菱 FX、欧姆龙 CP1H）通过OPC Server暴露数据，SCADA / MES 系统通过 Modbus / OPC DA / OPC UA采集。本文整理 5 款工控专用工具。

阅读建议：本文面向工控开发者 / 自动化工程师 / SCADA 集成商，重点在协议 + 工具选型。

二、Modbus Poll：Modbus 主站模拟

2.1 协议背景

Modbus 1979 年由 Modicon（现 Schneider）发布，工业领域事实标准。两类：

Modbus RTU：串口（RS-232/485），紧凑二进制
Modbus ASCII：串口，可读文本
Modbus TCP：以太网（默认 502 端口）
Modbus RTU over TCP：Modbus TCP 上跑 RTU 帧

2.2 Modbus Poll 介绍

Modbus Poll 是 Witte Software 公司的商业 Modbus 主站工具，30 天试用。功能：

读写 Holding / Input / Coil 寄存器
多窗口并发（多设备）
历史曲线 / 表格
模拟从站（自带 slave simulator）

2.3 基本使用

Connection → Connect：
- RTU：COM1 / 9600 / 8N1
- TCP：IP:502（默认）
Setup → Read/Write Definition：
- Slave ID：1（默认）
- Function：03（Holding Register）
- Address：0
- Quantity：10
轮询：每 1000 ms 自动读一次
表格 + 曲线双视图

2.4 常用功能码

功能码	名称	用途
01	Read Coils	读线圈（只读位）
02	Read Discrete Inputs	读离散输入
03	Read Holding Registers	读保持寄存器（最常用）
04	Read Input Registers	读输入寄存器
05	Write Single Coil	写单线圈
06	Write Single Register	写单寄存器
15	Write Multiple Coils	写多线圈
16	Write Multiple Registers	写多寄存器（最常用）

2.5 实战：读温度

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从站：温湿度传感器（Modbus RTU）
寄存器 0x0000：温度值 × 10
寄存器 0x0001：湿度值 × 10

Modbus Poll：
- Slave ID: 1
- Function: 03 (Holding)
- Address: 0
- Quantity: 2
- Poll: 1000 ms
- 解析：寄存器 0 = 0x0123 = 291 / 10 = 29.1 ℃

2.6 Modbus Slave 模拟从站

Modbus Poll 自带 Modbus Slave 工具（单独安装）：

Connection → Connect 选串口 / TCP
配 Slave ID
双击单元格写值（模拟设备数据）
用 Modbus Poll 读

实战：没设备时开发测试。

2.7 替代品

工具	优势
Modbus Poll	商业 / 图形化
libmodbus	开源 C 库
pymodbus	Python 库（最适合开发者）
ModbusTools	免费 / 功能弱
ModbusME	Android 上的 Modbus 工具
QModBus	开源 / 跨平台

三、Kepware OPC Server：工业数据中枢

3.1 定位

Kepware 是 PTC 旗下（2016 被收购）的 OPC Server 标准。国内 80% 大型工控项目用 Kepware 做数据网关。

支持设备：

主流 PLC：西门子 S7、三菱 MC、欧姆龙 FINS、罗克韦尔 ControlLogix
工业协议：Modbus、OPC UA、MQTT、Sparkplug B
串口：以太网设备

3.2 安装与初始配置

商业付费（License 文件激活）
装好 KEPServerEX 主程序 + Configuration 工具
Configuration → Project → Add Channel 选设备驱动

3.3 添加设备示例（西门子 S7）

添加 Channel：Siemens TCP/IP Ethernet
添加 Device：
- Device ID：S7-1500
- IP：192.168.1.100
- Port：102（默认 S7 端口）
- CPU Model：S7-1500
添加 Tag：
- Address：DB1.DBD0（DB1 块偏移 0 的 DWORD）
- Data Type：Float
- Scan Rate：100 ms

3.4 客户端连接

Kepware 自带 OPC Quick Client：

Tools → Launch OPC Quick Client
选 Kepware Server
展开设备 → 看 Tag 实时值

3.5 Modbus 驱动

Kepware 也支持 Modbus 设备：

Channel：Modbus TCP/IP Ethernet
Device ID：Modbus-Device-1
Port：502
Tag：
- 400001（Holding Register 0）
- 400002（Holding Register 1）

3.6 高级功能

IoT Gateway：

MQTT：把数据推到云（Sparkplug B 格式）
REST Client：HTTP POST 到 API
AWS IoT Core / Azure IoT Hub：直接对接云平台

冗余：

Master / Backup Server：主备切换
Configuration API：动态加 Tag

安全：

OPC UA 加密
用户认证
审计日志

3.7 替代品对比

工具	优势
Kepware	事实标准 / 商业付费
Matrikon OPC	加拿大 Matrikon / 强冗余
OpenOPC	开源 Python 库
Prosys OPC UA	跨平台 / 工业级
Siemens SIMATIC NET	西门子官方（强绑 S7）
Indusoft Web Studio	SCADA 自带 OPC

四、Matrikon OPC：OPC 冗余

4.1 定位

MatrikonOPC（Honeywell 收购）是 OPC 领域的另一大厂。与 Kepware 区别：

Matrikon：强冗余 + 强 OPC UA + 加拿大本土
Kepware：设备驱动最全（200+ 设备） + 美国 PTC

4.2 核心产品

产品	用途
Matrikon OPC Server	多协议 OPC Server
Matrikon OPC Tunneller	跨网段 OPC 代理
Matrikon OPC Explorer	OPC 客户端测试
Matrikon FLEX	冗余 + 容错
Matrikon Security	OPC 安全加固

4.3 典型架构

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PLC1 ─┐
 ├─→ Matrikon OPC Server ─→ SCADA / MES
PLC2 ─┘ (FLEX 冗余)
 ↓
 OPC Tunneller（穿透防火墙）
 ↓
 远程客户端

4.4 选型对比

维度	Kepware	Matrikon OPC
设备驱动	200+	100+
OPC UA	✓	✓（更早支持）
冗余	✓	✓（更强）
价格	商业付费	商业付费（通常更贵）
国内用户	多	中等
学习曲线	中等	较陡

五、GraySimulator：Modbus 模拟器

5.1 定位

GraySimulator 是国内团队开发的Modbus 设备模拟器。比 Modbus Slave 强：

支持 Modbus RTU / TCP / ASCII
批量模拟（脚本）
数据曲线 / 报警
国产 / 中文

5.2 安装

http://www.simway.com/（国内厂商）：

单文件绿色版
装好启动 → 添加设备

5.3 实战：模拟温湿度

设备 → 新建 Modbus TCP 从站
IP：127.0.0.1:502
数据：
- 寄存器 0：温度 25-30 范围波动
- 寄存器 1：湿度 40-60 范围波动
保存 → 启动

5.4 批量模拟

脚本 → 加载 Python 脚本：

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# 模拟温度上升
import time
for i in range(100):
 write_register(0, 20 + i * 0.1)
 time.sleep(1)

实战：模拟一年数据用于压测。

六、Virtual Serial Port Driver：虚拟串口

6.1 定位

Virtual Serial Port Driver (VSPD) 是 Eltima 公司的虚拟串口工具。核心价值：

创建虚拟 COM 端口对（COM3 ↔ COM4）
一端写 / 另一端读
无需硬件测试串口程序

6.2 安装与配置

商业付费（$140 起）
安装时装驱动
启动 VSPD → Add pair：
- 选 COM3 和 COM4（成对）
- Create

6.3 实战：测试串口程序

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串口工具1（COM3 写）
 ↓ 数据
VSPD 虚拟串口对（COM3 ↔ COM4）
 ↓ 透传
串口工具2（COM4 读）

测试场景：

串口调试助手 写 → 自己的程序读
自己的程序写 → 串口调试助手 读

6.4 替代品

工具	优势
VSPD	商业 / 稳定
com0com	开源 / 经典（Win 10+ 要手动签驱动）
HHD Software Virtual Serial Port	商业 / 简单
Linux socat	开源 / 跨平台

6.5 com0com（开源替代）

https://sourceforge.net/projects/com0com/：

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# 创建 COM5 ↔ COM6
setupc.exe install 5 6

注意：Win 10/11 要禁用驱动强制签名：

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设置 → 更新与安全 → 恢复 → 高级启动 → 重启 → 疑难解答 → 高级 → 启动设置 → 重启 → 按 7 禁用驱动签名

七、组合实战

7.1 工控数据采集

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PLC 设备（西门子 S7-1500）
 ↓ Modbus TCP / S7
Kepware OPC Server
 ↓ OPC DA / OPC UA
SCADA 系统（WinCC / iFIX）
 ↓ 数据库
MES / ERP

7.2 测试环境

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电脑 A：VSPD 创建 COM3 ↔ COM4
电脑 B：Modbus Slave 模拟从站（COM3）
电脑 A：Modbus Poll 读（COM4）

7.3 物联网网关

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Modbus 设备
 ↓ Modbus TCP
Kepware IoT Gateway
 ↓ MQTT (Sparkplug B)
云平台（AWS IoT / 阿里云 IoT）
 ↓ 时间序列数据库
可视化（Grafana / ThingsBoard）

八、常见问题

8.1 Modbus 通信失败

检查波特率 / 数据位 / 停止位 / 校验（9600/8N1 是最常见）
检查 502 端口：防火墙放行
检查从站地址（不要和 0 / 255 冲突）

8.2 Kepware 找不到设备

License 过期
设备 IP 错
防火墙
驱动版本不匹配

8.3 OPC UA 安全

认证模式：选 Certificate（强）
加密：Basic256Sha256
用户管理：Admin 改密
审计日志：开启

8.4 VSPD 在 Win 10 报错

驱动签名问题：

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1. 启动 → 设置 → 安全模式启动
2. 启动时按 F7 禁用驱动强制签名
3. 安装 VSPD

九、下一步

想看物联网 MQTT 实战：[2016-11-15 数据库客户端实战：MySQL / Redis / ES / MQTT]
想看 SCADA 集成：项目全流程 章节
想看 PLC 通信：[2017-10-15 ProtoBuf & gRPC 实战]

本文写于 2016 年，回看当时：Kepware 2016 被 PTC 收购，中国区业务大涨；Matrikon 2010 被 Honeywell 收购；Modbus 协议 40 年了仍是工业事实标准——5 款工具 10 年后仍是工控领域最常用的。

OPC on Liangweidong's blog