Modbus網(wǎng)關是一種設備，用于在不同通信協(xié)議之間進行轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)不同類型設備之間的互聯(lián)和通信。Modbus網(wǎng)關在工業(yè)自動化中尤為常見，幫助將不同網(wǎng)絡拓撲和協(xié)議的設備集成到一個統(tǒng)一的系統(tǒng)中。本文將從modbus網(wǎng)關是什么、modbus網(wǎng)關分類以及modbus網(wǎng)關協(xié)議轉(zhuǎn)換、網(wǎng)關模式配置通信實例教程了解modbus網(wǎng)關模式區(qū)別。
物聯(lián)網(wǎng)Modbus網(wǎng)關主要用于在不同通信協(xié)議之間進行轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)不同類型設備之間的互聯(lián)和通信。Modbus網(wǎng)關主要功能有以下幾點：
- Modbus RTU/ASCII到Modbus TCP：在串行通信（如RS232、RS485）和以太網(wǎng)之間進行轉(zhuǎn)換。
- Modbus協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到其他通信協(xié)議：例如將Modbus轉(zhuǎn)換為BACnet、OPC UA、PROFINET等協(xié)議。
- 允許使用不同通信協(xié)議的設備互相通信。
- 將傳統(tǒng)的串行設備接入現(xiàn)代以太網(wǎng)或無線網(wǎng)絡。
- 通過無線或光纖方式，擴大網(wǎng)絡的覆蓋范圍和連接距離。
- 提供可靠的實時數(shù)據(jù)傳輸和訪問，支持遠程監(jiān)控和控制。
工業(yè)自動化：整合各類傳感器、PLC和其他設備，進行集中監(jiān)控和管理。
智能樓宇：連接不同協(xié)議的設備，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的能耗數(shù)據(jù)，進行分析和優(yōu)化。
遠程監(jiān)控：通過互聯(lián)網(wǎng)或無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)對遠程設備的監(jiān)控和故障診斷。
簡單協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關用途：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）。
簡單協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關應用場景：需要將現(xiàn)有的ModBus設備集成到不同的通信網(wǎng)絡中，適用于簡單設備集成的情況。
多主機網(wǎng)關用途：允許多個主機與一個ModBus設備進行通信，通過調(diào)度機制解決多個主機爭用同一ModBus從設備的問題。
多主機網(wǎng)關應用場景：在大型工業(yè)系統(tǒng)中，多個控制器或SCADA系統(tǒng)需要同時訪問同一個ModBus設備。
存儲型網(wǎng)關用途：不僅進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，還具有數(shù)據(jù)存儲功能，可以記錄和存儲從ModBus設備采集的數(shù)據(jù)。
存儲型網(wǎng)關應用場景：需要長期數(shù)據(jù)存儲以進行歷史分析、設備診斷和趨勢預測的場景，如工業(yè)自動化和能源管理。
配置型網(wǎng)關用途：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)關的行為和通信參數(shù)。
配置型網(wǎng)關應用場景：需要靈活配置的環(huán)境，如復雜系統(tǒng)集成和定制化應用場景。
無線數(shù)傳網(wǎng)關用途：通過無線通信技術（WiFi技術、LoRa技術、Zigbee技術 、4G通信/5G通信）連接ModBus設備和控制系統(tǒng)，減少布線成本和增加安裝靈活性。
無線數(shù)傳網(wǎng)關應用場景：遠程監(jiān)控、分布廣泛的工業(yè)設備監(jiān)測和控制，如智慧城市和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。
邊緣計算網(wǎng)關用途：邊緣計算網(wǎng)關在邊緣設備端進行數(shù)據(jù)處理和分析，通過本地計算減少數(shù)據(jù)傳輸量和網(wǎng)絡延遲，提高實時響應能力。
邊緣計算網(wǎng)關應用場景：實時監(jiān)控和決策要求高的應用，如制造業(yè)車間監(jiān)控和實時質(zhì)量控制。
安全型網(wǎng)關用途：集成加密、認證、防火墻等安全功能，確保ModBus通信的完整性和保密性。
安全型網(wǎng)關應用場景：對數(shù)據(jù)安全要求高的場景，如軍事、金融以及關鍵基礎設施管理系統(tǒng)。
工業(yè)級網(wǎng)關用途：為工業(yè)環(huán)境設計，具備高耐用性、抗電磁干擾和寬溫度范圍等特點，確保在惡劣條件下穩(wěn)定運行。
工業(yè)級網(wǎng)關應用場景：嚴苛的工業(yè)和戶外環(huán)境，如礦山、制造業(yè)和油氣田等物聯(lián)網(wǎng)應用場景。
集成網(wǎng)關用途：支持多種工業(yè)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，適應多種設備和系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。
集成網(wǎng)關應用場景：多協(xié)議混合的工業(yè)系統(tǒng)，如自動化工廠和樓宇管理系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)應用場景案例。
云端網(wǎng)關用途：能夠連接云平臺，將ModBus數(shù)據(jù)上傳到云端進行存儲和分析，便于遠程訪問和管理。
云端網(wǎng)關應用場景：需要大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲和高級數(shù)據(jù)分析的場景，如能源管理和遠程設備監(jiān)測。
智能網(wǎng)關用途：具有智能算法和邏輯判斷能力，可以在本地進行自動控制和決策，減少對中央服務器的依賴。
智能網(wǎng)關應用場景：需要自適應控制和自動化決策的場景，如智能交通系統(tǒng)和自我優(yōu)化生產(chǎn)線。
之前我們介紹了什么是Modbus網(wǎng)關以及常見Modbus網(wǎng)關分類，下面我們將詳細講解并演示簡單協(xié)議轉(zhuǎn)換、多主機網(wǎng)關、存儲型網(wǎng)關及配置型網(wǎng)關的通訊過程。演示過程中，我們將借助串口服務器進行輔助。將設備的網(wǎng)口和串口分別接入交換機和電腦，使串口接入電腦便于觀察數(shù)據(jù)變化。同時，網(wǎng)口和電腦也需處于同一網(wǎng)絡環(huán)境，以便觀察數(shù)據(jù)變化。
Modbus協(xié)議網(wǎng)關使用的是一款串口服務器設備，作為網(wǎng)關。串口（RS485）通過CH340接入電腦。電腦的口與串口設備處于同一網(wǎng)絡環(huán)境下。串口設備具體的連接方法可以查看：http://cloud.video.taobao.com/play/u/null/p/1/e/6/t/1/462554329255.mp4
調(diào)試軟件「scomm」：http://freeNaNsoft.cn/download/cmsoft/assistant/scomm5.0.14.zip
串口服務器：http://twohalves.cn/product/2124.html
串口服務器配置軟件：http://twohalves.cn/pdf-down/3229.html
軟件打包下載地址：ModBus協(xié)議軟件打包.zip
簡單協(xié)議轉(zhuǎn)換是指將ModBus RTU數(shù)據(jù)與ModBus TCP數(shù)據(jù)直接進行協(xié)議轉(zhuǎn)換。首先，將串口服務器的ModBus工作模式修改為簡單協(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。
多主機網(wǎng)關模式針對簡單協(xié)議轉(zhuǎn)換只能存在一個ModBus主站的局限，進行擴展。此模式下，當多個主機同時訪問ModBus網(wǎng)關時，會進行總線占用管理，解決總線沖突問題。
我們使用調(diào)試軟件的自動應答功能，模擬多個從機的情況：
模擬查詢兩個從機寄存器0x0000的數(shù)據(jù)。
隨后使用網(wǎng)口軟件模擬同時訪問，使用批量發(fā)送數(shù)據(jù)，模擬同時訪問從機1和從機2的數(shù)據(jù)。
先看看簡單協(xié)議在同時訪問多個主機時的情況，可以看到總線出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突。
接下來，將串口服務器工作模式修改為多主機模式，再次發(fā)送數(shù)據(jù)，查看網(wǎng)口收發(fā)情況。
可以看到，多主機模式下，串口服務器根據(jù)不同的主機，將包拆分為不同的指令發(fā)送，解決了簡單模式下的總線占用沖突。
存儲型網(wǎng)關是對多主機模式的優(yōu)化。當網(wǎng)口接收到查詢指令后，能夠?qū)⒉樵冎噶罴皯饠?shù)據(jù)在一定時間內(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備內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)應答。
為了演示效果，將指令存儲時間設置為60秒，輪詢間隔時間設置為10000毫秒。
請注意??：這僅為演示效果，實際使用中需注意數(shù)據(jù)的時效性。
與多主機模式一樣，使用調(diào)試軟件的自動應答功能模擬實際使用。
設置完成后，通過網(wǎng)口向串口服務器發(fā)送查詢指令，可以看到，串口服務器會間隔一定時間自動進行輪詢，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，串口服務器會直接應答，而不會再通過串口查詢數(shù)據(jù)。
配置型網(wǎng)關是存儲型網(wǎng)關的另一種形式。串口根據(jù)配置的ModBus指令自動輪詢設備寄存器，未配置指令和控制指令會直接操作RTU設備。串口的自動應答與存儲型網(wǎng)關一致，模擬兩個從機。為了直觀觀察，輪詢間隔時間設置為10000毫秒，設置一條從機1的預配置指令，從機2的指令用于對比。
設置完成后，可以看到，串口開始自動輪詢。
此時，用網(wǎng)口查詢從機1的寄存器，可以看到查詢指令直接由串口進行應答。
再查詢從機2的寄存器，對比兩個指令的差別。
查詢從機2的指令是實時的，網(wǎng)口收到查詢指令后，通過串口查詢，查詢到指令后再對網(wǎng)口的查詢指令進行應答。而從機1的指令則由串口服務器將存儲的數(shù)據(jù)直接應答。
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