ModBus網(wǎng)關(guān)是一種設(shè)備，用于在不同通信協(xié)議之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)不同類型設(shè)備之間的互聯(lián)和通信。它在工業(yè)自動(dòng)化中尤為常見，幫助將不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛥f(xié)議的設(shè)備集成到一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)中。

一

ModBus網(wǎng)關(guān)主要功能

1. 協(xié)議轉(zhuǎn)換：

- ModBus RTU/ASCII到ModBus TCP：在串行通信（如RS232、RS485）和以太網(wǎng)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

- ModBus到其他協(xié)議：例如將ModBus轉(zhuǎn)換為BACnet、OPC UA、PROFINET等。

2. 互通性：允許使用不同通信協(xié)議的設(shè)備互相通信，可將傳統(tǒng)的串行設(shè)備接入現(xiàn)代以太網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)。

3. 網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展：通過無線或光纖方式，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和連接距離。

4. 數(shù)據(jù)傳輸：提供可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和訪問，支持遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。

應(yīng)用場(chǎng)景

? 工業(yè)自動(dòng)化：整合各類傳感器、PLC和其他設(shè)備，進(jìn)行集中監(jiān)控和管理。

? 智能樓宇：連接不同協(xié)議的設(shè)備，如暖通空調(diào)、照明和安全系統(tǒng)。

? 能源管理：收集和傳輸來自不同地點(diǎn)的能耗數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析和優(yōu)化。

? 遠(yuǎn)程監(jiān)控：通過互聯(lián)網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的監(jiān)控和故障診斷。

二

ModBus網(wǎng)關(guān)分類

1. 簡(jiǎn)單協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)

? 用途：將一種ModBus協(xié)議轉(zhuǎn)換為另一種ModBus協(xié)議（如ModBus RTU轉(zhuǎn)換為ModBus TCP）。

? 應(yīng)用場(chǎng)景：需要將現(xiàn)有的ModBus設(shè)備集成到不同的通信網(wǎng)絡(luò)中，適用于簡(jiǎn)單設(shè)備集成的情況。

2. 多主機(jī)網(wǎng)關(guān)

? 用途：允許多個(gè)主機(jī)與一個(gè)ModBus設(shè)備進(jìn)行通信，通過調(diào)度機(jī)制解決多個(gè)主機(jī)爭(zhēng)用同一ModBus從設(shè)備的問題。

? 應(yīng)用場(chǎng)景：在大型工業(yè)系統(tǒng)中，多個(gè)控制器或SCADA系統(tǒng)需要同時(shí)訪問同一個(gè)ModBus設(shè)備。

3. 存儲(chǔ)型網(wǎng)關(guān)

? 用途：不僅進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，還具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，可以記錄和存儲(chǔ)從ModBus設(shè)備采集的數(shù)據(jù)。

? 應(yīng)用場(chǎng)景：需要長(zhǎng)期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以進(jìn)行歷史分析、設(shè)備診斷和趨勢(shì)預(yù)測(cè)的場(chǎng)景，如工業(yè)自動(dòng)化和能源管理。

4. 配置型網(wǎng)關(guān)

? 用途：具有用戶可編程和配置的功能，用戶可以根據(jù)需求定制網(wǎng)關(guān)的行為和通信參數(shù)。

? 應(yīng)用場(chǎng)景：需要靈活配置的環(huán)境，如復(fù)雜系統(tǒng)集成和定制化應(yīng)用場(chǎng)景。

5. 無線網(wǎng)關(guān)

? 用途：通過無線通信技術(shù)（Wi-Fi、LoRa、ZigBee、4G/5G）連接ModBus設(shè)備和控制系統(tǒng)，減少布線成本和增加安裝靈活性。

? 應(yīng)用場(chǎng)景：遠(yuǎn)程監(jiān)控、分布廣泛的工業(yè)設(shè)備監(jiān)測(cè)和控制，如智慧城市和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。

6. 邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)

? 用途：在邊緣設(shè)備端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，通過本地計(jì)算減少數(shù)據(jù)傳輸量和網(wǎng)絡(luò)延遲，提高實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。

? 應(yīng)用場(chǎng)景：實(shí)時(shí)監(jiān)控和決策要求高的應(yīng)用，如制造業(yè)車間監(jiān)控和實(shí)時(shí)質(zhì)量控制。

7. 安全型網(wǎng)關(guān)

? 用途：集成加密、認(rèn)證、防火墻等安全功能，確保ModBus通信的完整性和保密性。

? 應(yīng)用場(chǎng)景：對(duì)數(shù)據(jù)安全要求高的場(chǎng)景，如金融以及關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)。

8. 工業(yè)級(jí)網(wǎng)關(guān)

? 用途：為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，具備高耐用性、抗電磁干擾和寬溫度范圍等特點(diǎn)，確保在惡劣條件下穩(wěn)定運(yùn)行。

? 應(yīng)用場(chǎng)景：嚴(yán)苛的工業(yè)和戶外環(huán)境，如礦山、制造業(yè)和油氣田。

9. 集成網(wǎng)關(guān)

? 用途：支持多種工業(yè)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，適應(yīng)多種設(shè)備和系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。

? 應(yīng)用場(chǎng)景：多協(xié)議混合的工業(yè)系統(tǒng)，如自動(dòng)化工廠和樓宇管理系統(tǒng)。

10. 云端網(wǎng)關(guān)

? 用途：能夠連接云平臺(tái)，將ModBus數(shù)據(jù)上傳到云端進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，便于遠(yuǎn)程訪問和管理。

? 應(yīng)用場(chǎng)景：需要大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和高級(jí)數(shù)據(jù)分析的場(chǎng)景，如能源管理和遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)測(cè)。

11. 智能網(wǎng)關(guān)

? 用途：具有智能算法和邏輯判斷能力，可以在本地進(jìn)行自動(dòng)控制和決策，減少對(duì)中央服務(wù)器的依賴。

? 應(yīng)用場(chǎng)景：需要自適應(yīng)控制和自動(dòng)化決策的場(chǎng)景，如智能交通系統(tǒng)和自我優(yōu)化生產(chǎn)線。

三

不同網(wǎng)關(guān)模式的區(qū)別

在此，我們將詳細(xì)講解并演示簡(jiǎn)單協(xié)議轉(zhuǎn)換、多主機(jī)網(wǎng)關(guān)、存儲(chǔ)型網(wǎng)關(guān)及配置型網(wǎng)關(guān)的通訊過程。演示過程中，我們將借助串口服務(wù)器進(jìn)行輔助。將設(shè)備的網(wǎng)口和串口分別接入交換機(jī)和電腦，使串口接入電腦便于觀察數(shù)據(jù)變化。同時(shí)，網(wǎng)口和電腦也需處于同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，以便觀察數(shù)據(jù)變化。

相關(guān)環(huán)境

協(xié)議網(wǎng)關(guān)使用的是一款串口服務(wù)器設(shè)備，作為網(wǎng)關(guān)。串口（RS485）通過CH340接入電腦。電腦的口與串口設(shè)備處于同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下。串口設(shè)備具體的連接方法可以查看：

①簡(jiǎn)單協(xié)議轉(zhuǎn)換

簡(jiǎn)單協(xié)議轉(zhuǎn)換是指將ModBus RTU數(shù)據(jù)與ModBus TCP數(shù)據(jù)直接進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。首先，將串口服務(wù)器的ModBus工作模式修改為簡(jiǎn)單協(xié)議模式。隨后使用軟件分別接入串口和網(wǎng)口，并通過串口和網(wǎng)口分別發(fā)送數(shù)據(jù)。

可以看到，簡(jiǎn)單協(xié)議模式下，串口接收的RTU數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TCP協(xié)議后，通過網(wǎng)口發(fā)送。

②多主機(jī)網(wǎng)關(guān)

多主機(jī)網(wǎng)關(guān)模式針對(duì)簡(jiǎn)單協(xié)議轉(zhuǎn)換只能存在一個(gè)ModBus主站的局限，進(jìn)行擴(kuò)展。此模式下，當(dāng)多個(gè)主機(jī)同時(shí)訪問ModBus網(wǎng)關(guān)時(shí)，會(huì)進(jìn)行總線占用管理，解決總線沖突問題。

我們使用調(diào)試軟件的自動(dòng)應(yīng)答功能，模擬多個(gè)從機(jī)的情況：

模擬查詢兩個(gè)從機(jī)寄存器0x0000的數(shù)據(jù)。

隨后使用網(wǎng)口軟件模擬同時(shí)訪問，使用批量發(fā)送數(shù)據(jù)，模擬同時(shí)訪問從機(jī)1和從機(jī)2的數(shù)據(jù)。

先看看簡(jiǎn)單協(xié)議在同時(shí)訪問多個(gè)主機(jī)時(shí)的情況，可以看到總線出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突。

接下來，將串口服務(wù)器工作模式修改為多主機(jī)模式，再次發(fā)送數(shù)據(jù)，查看網(wǎng)口收發(fā)情況。

可以看到，多主機(jī)模式下，串口服務(wù)器根據(jù)不同的主機(jī)，將包拆分為不同的指令發(fā)送，解決了簡(jiǎn)單模式下的總線占用沖突。

③存儲(chǔ)型網(wǎng)關(guān)

存儲(chǔ)型網(wǎng)關(guān)是對(duì)多主機(jī)模式的優(yōu)化。當(dāng)網(wǎng)口接收到查詢指令后，能夠?qū)⒉樵冎噶罴皯?yīng)答數(shù)據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)保存。此期間內(nèi)，網(wǎng)口側(cè)的同樣查詢指令將直接從設(shè)備內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)應(yīng)答。

為了演示效果，將指令存儲(chǔ)時(shí)間設(shè)置為60秒，輪詢間隔時(shí)間設(shè)置為10000毫秒。

請(qǐng)注意：這僅為演示效果，實(shí)際使用中需注意數(shù)據(jù)的時(shí)效性。

與多主機(jī)模式一樣，使用調(diào)試軟件的自動(dòng)應(yīng)答功能模擬實(shí)際使用。

設(shè)置完成后，通過網(wǎng)口向串口服務(wù)器發(fā)送查詢指令，可以看到，串口服務(wù)器會(huì)間隔一定時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行輪詢，并不需要網(wǎng)口再次發(fā)送查詢指令。

多次發(fā)送相同的查詢指令，串口服務(wù)器會(huì)直接應(yīng)答，而不會(huì)再通過串口查詢數(shù)據(jù)。

④配置型網(wǎng)關(guān)

配置型網(wǎng)關(guān)是存儲(chǔ)型網(wǎng)關(guān)的另一種形式。串口根據(jù)配置的ModBus指令自動(dòng)輪詢?cè)O(shè)備寄存器，未配置指令和控制指令會(huì)直接操作RTU設(shè)備。串口的自動(dòng)應(yīng)答與存儲(chǔ)型網(wǎng)關(guān)一致，模擬兩個(gè)從機(jī)。為了直觀觀察，輪詢間隔時(shí)間設(shè)置為10000毫秒，設(shè)置一條從機(jī)1的預(yù)配置指令，從機(jī)2的指令用于對(duì)比。

設(shè)置完成后，可以看到，串口開始自動(dòng)輪詢。

此時(shí)，用網(wǎng)口查詢從機(jī)1的寄存器，可以看到查詢指令直接由串口進(jìn)行應(yīng)答。

再查詢從機(jī)2的寄存器，對(duì)比兩個(gè)指令的差別。

查詢從機(jī)2的指令是實(shí)時(shí)的，網(wǎng)口收到查詢指令后，通過串口查詢，查詢到指令后再對(duì)網(wǎng)口的查詢指令進(jìn)行應(yīng)答。而從機(jī)1的指令則由串口服務(wù)器將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)直接應(yīng)答。

產(chǎn)品推薦

億佰特串口服務(wù)器產(chǎn)品涵蓋單串口服務(wù)器、多串口服務(wù)器、Wi-Fi串口服務(wù)器以及串口服務(wù)器模組等，可提供串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)功能，能夠?qū)⒋跀?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)串口與網(wǎng)絡(luò)的雙向透明傳輸。被廣泛應(yīng)用于考勤系統(tǒng)、機(jī)房監(jiān)控、電力監(jiān)控等場(chǎng)景。