Modbus網關是一種設備，用于在不同通信協(xié)議之間進行轉換，從而實現(xiàn)不同類型設備之間的互聯(lián)和通信。Modbus網關在工業(yè)自動化中尤為常見，幫助將不同網絡拓撲和協(xié)議的設備集成到一個統(tǒng)一的系統(tǒng)中。本文將從modbus網關是什么、modbus網關分類以及modbus網關協(xié)議轉換、網關模式配置通信實例教程了解modbus網關模式區(qū)別。
物聯(lián)網Modbus網關主要用于在不同通信協(xié)議之間進行轉換，實現(xiàn)不同類型設備之間的互聯(lián)和通信。Modbus網關主要功能有以下幾點：
- Modbus RTU/ASCII到Modbus TCP：在串行通信（如RS232、RS485）和以太網之間進行轉換。
- Modbus協(xié)議數據轉換到其他通信協(xié)議：例如將Modbus轉換為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)代以太網或無線網絡。
- 通過無線或光纖方式，擴大網絡的覆蓋范圍和連接距離。
- 提供可靠的實時數據傳輸和訪問，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、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據，進行分析和優(yōu)化。
遠程監(jiān)控：通過互聯(lián)網或無線網絡，實現(xiàn)對遠程設備的監(jiān)控和故障診斷。
簡單協(xié)議轉換網關用途：將一種ModBus協(xié)議轉換為另一種ModBus協(xié)議（如ModBus RTU轉換為ModBus TCP）。
簡單協(xié)議轉換網關應用場景：需要將現(xiàn)有的ModBus設備集成到不同的通信網絡中，適用于簡單設備集成的情況。
多主機網關用途：允許多個主機與一個ModBus設備進行通信，通過調度機制解決多個主機爭用同一ModBus從設備的問題。
多主機網關應用場景：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。
存儲型網關用途：不僅進行協(xié)議轉換，還具有數據存儲功能，可以記錄和存儲從ModBus設備采集的數據。
存儲型網關應用場景：需要長期數據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。
配置型網關用途：具有用戶可編程和配置的功能，用戶可以根據需求定制網關的行為和通信參數。
配置型網關應用場景：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。
無線數傳網關用途：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。
無線數傳網關應用場景：遠程監(jiān)控、分布廣泛的工業(yè)設備監(jiān)測和控制，如智慧城市和農業(yè)物聯(lián)網。
邊緣計算網關用途：邊緣計算網關在邊緣設備端進行數據處理和分析，通過本地計算減少數據傳輸量和網絡延遲，提高實時響應能力。
邊緣計算網關應用場景：實時監(jiān)控和決策要求高的應用，如制造業(yè)車間監(jiān)控和實時質量控制。
安全型網關用途：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。
安全型網關應用場景：對數據安全要求高的場景，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)網應用場景。
集成網關用途：支持多種工業(yè)協(xié)議的轉換，適應多種設備和系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。
集成網關應用場景：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)網應用場景案例。
云端網關用途：能夠連接云平臺，將ModBus數據上傳到云端進行存儲和分析，便于遠程訪問和管理。
云端網關應用場景：需要大規(guī)模數據存儲和高級數據分析的場景，如能源管理和遠程設備監(jiān)測。
智能網關用途：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)化生產線。
之前我們介紹了什么是Modbus網關以及常見Modbus網關分類，下面我們將詳細講解并演示簡單協(xié)議轉換、多主機網關、存儲型網關及配置型網關的通訊過程。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據變化。同時，網口和電腦也需處于同一網絡環(huán)境，以便觀察數據變化。
Modbus協(xié)議網關使用的是一款串口服務器設備，作為網關。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
調試軟件「scomm」：http://freeNaNsoft.cn/download/cmsoft/assistant/scomm5.0.14.zip
串口服務器：http://www.sunredled.com/product/2124.html
串口服務器配置軟件：http://www.sunredled.com/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)議轉換是指將ModBus RTU數據與ModBus TCP數據直接進行協(xié)議轉換。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口，并通過串口和網口分別發(fā)送數據。
可以看到，簡單協(xié)議模式下，串口接收的RTU數據轉換為TCP協(xié)議后，通過網口發(fā)送。
多主機網關模式針對簡單協(xié)議轉換只能存在一個ModBus主站的局限，進行擴展。此模式下，當多個主機同時訪問ModBus網關時，會進行總線占用管理，解決總線沖突問題。
我們使用調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的數據。
隨后使用網口軟件模擬同時訪問，使用批量發(fā)送數據，模擬同時訪問從機1和從機2的數據。
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)數據沖突。
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)送數據，查看網口收發(fā)情況。
可以看到，多主機模式下，串口服務器根據不同的主機，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。
存儲型網關是對多主機模式的優(yōu)化。當網口接收到查詢指令后，能夠將查詢指令及應答數據在一定時間內保存。此期間內，網口側的同樣查詢指令將直接從設備內存儲的數據應答。
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據的時效性。
與多主機模式一樣，使用調試軟件的自動應答功能模擬實際使用。
設置完成后，通過網口向串口服務器發(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據。
配置型網關是存儲型網關的另一種形式。串口根據配置的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，網口收到查詢指令后，通過串口查詢，查詢到指令后再對網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據直接應答。
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