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 <p>ModBus网关是一种设备，用于在不同<u>通信</u>协议之间进行转换，从而实现不同类型设备之间的互联和通信。它在<u>工业自动化</u>中尤为常见，帮助将不同<u>网络</u>拓扑和协议的设备集成到一个统一的系统中。<br /></p><p></p><p style="text-align:justify;"><i><strong>一</strong></i></p><p style="text-align:justify;"><strong>ModBus网关主要功能</strong></p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>1. 协议转换：</strong></span></p><p>- ModBus RTU/ASCII到<u>ModBus TCP</u>：在串行通信（如<u>RS232</u>、<u>RS485</u>）和<u>以太网</u>之间进行转换。</p><p>- ModBus到其他协议：例如将ModBus转换为B<u>AC</u>net、OPC UA、PROFINET等。</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDOAPQ9MAAA-ePuEtvY988.jpg" alt="421c4b88-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg" /></p><p><br /></p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>2. 互通性：</strong></span>允许使用不同通信协议的设备互相通信，可将传统的串行设备接入现代以太网或无线网络。</p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>3. 网络扩展：</strong></span>通过无线或光纤方式，扩大网络的覆盖范围和连接距离。</p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>4. 数据传输：</strong></span>提供可靠的实时数据传输和访问，支持远程监控和控制。</p><p style="margin-left:0%;text-align:justify;"><strong>应用场景</strong></p><p><strong>• <u>工业</u>自动化：</strong>整合各类<u>传感器</u>、<u>PLC</u>和其他设备，进行集中监控和管理。</p><p><strong>• <u>智能</u>楼宇：</strong>连接不同协议的设备，如暖通空调、照明和安全系统。</p><p><strong>• 能源管理：</strong>收集和传输来自不同地点的能耗数据，进行分析和优化。</p><p><strong>• 远程监控：</strong>通过互联网或无线网络，实现对远程设备的监控和故障诊断。</p><p></p><p style="text-align:justify;"><i><strong>二</strong></i></p><p style="text-align:justify;"><strong>ModBus网关分类</strong></p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>1. 简单协议转换网关</strong></span></p><p>• 用途：将一种ModBus协议转换为另一种ModBus协议（如ModBus RTU转换为<u>ModBus TCP</u>）。</p><p>• 应用场景：需要将现有的ModBus设备集成到不同的<u>通信网络</u>中，适用于简单设备集成的情况。</p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>2. 多主机网关</strong></span></p><p>• 用途：允许多个主机与一个ModBus设备进行通信，通过调度机制解决多个主机争用同一ModBus从设备的问题。</p><p>• 应用场景：在大型工业系统中，多个<u>控制器</u>或SCADA系统需要同时访问同一个ModBus设备。</p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>3. 存储型网关</strong></span></p><p>• 用途：不仅进行协议转换，还具有数据存储功能，可以记录和存储从ModBus设备采集的数据。</p><p>• 应用场景：需要长期数据存储以进行历史分析、设备诊断和趋势预测的场景，如工业自动化和能源管理。</p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>4. 配置型网关</strong></span></p><p>• 用途：具有用户可<u>编程</u>和配置的功能，用户可以根据需求定制网关的行为和通信<u>参数</u>。</p><p>• 应用场景：需要灵活配置的环境，如复杂系统集成和定制化应用场景。</p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>5. 无线网关</strong></span></p><p>• 用途：通过<u>无线通信</u>技术（<u><u>Wi-Fi</u></u>、<u><u>LoRa</u></u>、<u><u>ZigBee</u></u>、<u>4G</u>/<u>5G</u>）连接ModBus设备和<u>控制系统</u>，减少布线成本和增加安装灵活性。</p><p>• 应用场景：远程监控、分布广泛的工业设备监测和控制，如智慧城市和农业<u>物联网</u>。</p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>6. 边缘计算网关</strong></span></p><p>• 用途：在边缘设备端进行数据处理和分析，通过本地计算减少数据传输量和网络延迟，提高实时响应能力。</p><p>• 应用场景：实时监控和决策要求高的应用，如制造业车间监控和实时质量控制。</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDOAft2OAACBuyTqQdg316.jpg" alt="c-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg" /></p><p><br /></p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>7. 安全型网关</strong></span></p><p>• 用途：集成加密、<u>认证</u>、防火墙等安全功能，确保ModBus通信的完整性和保密性。</p><p>• 应用场景：对数据安全要求高的场景，如金融以及关键基础设施管理系统。</p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>8. 工业级网关</strong></span></p><p>• 用途：为工业环境设计，具备高耐用性、抗电磁干扰和宽温度范围等特点，确保在恶劣条件下稳定运行。</p><p>• 应用场景：严苛的工业和户外环境，如矿山、制造业和油气田。</p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>9. 集成网关</strong></span></p><p>• 用途：支持多种工业协议的转换，适应多种设备和系统之间的互联互通。</p><p>• 应用场景：多协议混合的工业系统，如自动化工厂和楼宇管理系统。</p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>10. 云端网关</strong></span></p><p>• 用途：能够连接云平台，将ModBus数据上传到云端进行存储和分析，便于远程访问和管理。</p><p>• 应用场景：需要大规模数据存储和高级数据分析的场景，如能源管理和远程设备监测。</p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>11. 智能网关</strong></span></p><p>• 用途：具有智能算法和逻辑判断能力，可以在本地进行自动控制和决策，减少对中央服务器的依赖。</p><p>• 应用场景：需要自适应控制和自动化决策的场景，如智能交通系统和自我优化生产线。</p><p></p><p style="text-align:justify;"><i><strong>三</strong></i></p><p style="text-align:justify;"><strong>不同网关模式的区别</strong></p><p>在此，我们将详细讲解并演示简单协议转换、多主机网关、存储型网关及配置型网关的通讯过程。演示过程中，我们将借助串口服务器进行辅助。将设备的网口和串口分别接入<u>交换机</u>和<u>电脑</u>，使串口接入电脑便于观察数据变化。同时，网口和电脑也需处于同一网络环境，以便观察数据变化。</p><p style="margin-left:0%;text-align:justify;"><strong>相关环境</strong></p><p>协议网关使用的是一款串口服务器设备，作为网关。串口（<u>RS</u>485）通过CH340接入电脑。电脑的口与串口设备处于同一网络环境下。串口设备具体的连接方法可以查看：</p><p></p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDOAQMhKAAKwdWUnyvE161.png" alt="423ce8d4-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /></p><p></p><p style="margin-left:0%;text-align:justify;"></p><p></p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>①简单协议转换</strong></span></p><p>简单协议转换是指将ModBus RTU数据与ModBus TCP数据直接进行协议转换。首先，将串口服务器的ModBus工作模式修改为简单协议模式。随后使用软件分别接入串口和网口，并通过串口和网口分别发送数据。</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDOAM4mUAAG0Pfdhv5w285.png" alt="4243f5a2-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDOAM4mUAAG0Pfdhv5w285.png" alt="4243f5a2-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDOAB7SWAAHw64ebBrc480.png" alt="4278ba26-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /></p><p>可以看到，简单协议模式下，串口接收的RTU数据转换为TCP协议后，通过网口发送。</p><p></p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>②多主机网关</strong></span></p><p>多主机网关模式针对简单协议转换只能存在一个ModBus主站的局限，进行扩展。此模式下，当多个主机同时访问ModBus网关时，会进行总线占用管理，解决总线冲突问题。</p><p>我们使用调试软件的自动应答功能，<u>模拟</u>多个从机的情况：</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDOAXvvOAAALwjdA60Y343.png" alt="427f945e-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /></p><p>模拟查询两个从机寄存器0x0000的数据。</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDOAXYlmAADOXjjz8bA566.png" alt="4284b646-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /></p><p>随后使用网口软件模拟同时访问，使用批量发送数据，模拟同时访问从机1和从机2的数据。</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDOAJn1dAADPTHt0uD8713.png" alt="429d85e0-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /></p><p>先看看简单协议在同时访问多个主机时的情况，可以看到总线出现数据冲突。</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDSAW9n8AAMVzvszZyQ726.png" alt="42a3a628-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /></p><p>接下来，将串口服务器工作模式修改为多主机模式，再次发送数据，查看网口收发情况。</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDSAZgx3AANBfm9Fdok923.png" alt="42c5a066-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /></p><p>可以看到，多主机模式下，串口服务器根据不同的主机，将包拆分为不同的指令发送，解决了简单模式下的总线占用冲突。</p><p></p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>③存储型网关</strong></span></p><p>存储型网关是对多主机模式的优化。当网口接收到查询指令后，能够将查询指令及应答数据在一定时间内保存。此期间内，网口侧的同样查询指令将直接从设备内存储的数据应答。</p><p>为了演示效果，将指令存储时间设置为60秒，轮询间隔时间设置为10000毫秒。</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDSAUvUKAAAr3U_15Qw432.png" alt="42cc5c3a-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /></p><p><strong>请注意：</strong>这仅为演示效果，实际使用中需注意数据的时效性。</p><p>与多主机模式一样，使用调试软件的自动应答功能模拟实际使用。</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDSASI1mAANJDjoTQuQ201.png" alt="42d65834-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /></p><p>设置完成后，通过网口向串口服务器发送查询指令，可以看到，串口服务器会间隔一定时间自动进行轮询，并不需要网口再次发送查询指令。</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDSAb6jUAAOPhuDXHrs504.png" alt="42ef4b78-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /></p><p>多次发送相同的查询指令，串口服务器会直接应答，而不会再通过串口查询数据。</p><p></p><p><span style="color:rgb(19,108,195);"><strong>④配置型网关</strong></span></p><p>配置型网关是存储型网关的另一种形式。串口根据配置的ModBus指令自动轮询设备<u>寄存器</u>，未配置指令和控制指令会直接操作RTU设备。串口的自动应答与存储型网关一致，模拟两个从机。为了直观观察，轮询间隔时间设置为10000毫秒，设置一条从机1的预配置指令，从机2的指令用于对比。</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDSAdcGgAADJ-YU4MJU766.png" alt="4310fa52-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDSAcn40AAAr7nxUMZw886.png" alt="43218b74-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /></p><p>设置完成后，可以看到，串口开始自动轮询。</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDWAYaKVAALXv5sunpM020.png" alt="43277ce6-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /></p><p>此时，用网口查询从机1的寄存器，可以看到查询指令直接由串口进行应答。</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDWAZmjDAANfAIicHTI826.png" alt="-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /></p><p>再查询从机2的寄存器，对比两个指令的差别。</p><p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDWAAfsWAAPrDJWN8r0279.png" alt="4356d126-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /></p><p>查询从机2的指令是实时的，网口收到查询指令后，通过串口查询，查询到指令后再对网口的查询指令进行应答。而从机1的指令则由串口服务器将存储的数据直接应答。</p><p></p><p></p><p style="text-align:justify;"><strong><u>产品</u><u>推荐</u></strong></p><img src="https://file1.elecfans.com//web1/M00/F4/1B/wKgZoWckRDWAQ7_xAAlPvA-7yZw145.png" alt="dc-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png" /><p style="text-align:center;"><strong>亿佰特串口服务器产品</strong>涵盖单串口服务器、多串口服务器、Wi-Fi串口服务器以及串口服务器模组等，可提供串口转网络功能，能够将串口数据转换成TCP/IP协议数据，实现串口与网络的双向透明传输。被广泛应用于考勤系统、机房监控、电力监控等场景。</p><p></p><p></p>