極簡易用的MODBUS網(wǎng)關(guān)，輕松支持設(shè)備接入！

一、介紹

Modbus由MODICON公司于1979年開發(fā)，是一種工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。后被施耐德收購，1996年施耐德公司推出基于以太網(wǎng)TCP/IP的Modbus協(xié)議：ModbusTCP。一經(jīng)面世因其簡單開放的通信方式逐漸成為工業(yè)系統(tǒng)中流行的標(biāo)準(zhǔn)，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和自動(dòng)化領(lǐng)域。

二、特點(diǎn)

①協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開放、公開發(fā)布且無版稅要求，可以免費(fèi)使用，不需要繳納許可證費(fèi)；

②Modbus使用RS232，RS485，網(wǎng)口等接口，采用主從站（master/slave）方式通信。也就是請(qǐng)求/應(yīng)答的意思，主站發(fā)出請(qǐng)求，從站響應(yīng)回答，并且從站不會(huì)主動(dòng)發(fā)送通信主站，從站之間也不會(huì)有通訊，從站的地址范圍為 0 - 247，其中0為廣播地址，從站的實(shí)際地址范圍為1 - 247。這樣成本低，而且布線也簡單方便，易于部署和維護(hù)，滿足基本工業(yè)設(shè)備需求。

③Modbus是應(yīng)用層協(xié)議，位于OSI模型第七層。其協(xié)議格式簡單、通俗易懂，便于開發(fā)和集成，方便形成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。

1. 種類

Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP三種報(bào)文類型。有何區(qū)別呢？

簡單來說，Modbus協(xié)議使用串口傳輸時(shí)可以選擇RTU或ASCII模式，ASCII 模式采用LRC校驗(yàn)，RTU模式采用16 位CRC校驗(yàn)。通過以太網(wǎng)傳輸時(shí)使用TCP，這種模式不使用校驗(yàn)，因?yàn)門CP協(xié)議是一個(gè)面向連接的可靠協(xié)議。對(duì)于所有的這三種通信協(xié)議在數(shù)據(jù)模型和功能調(diào)用上都是相同的，只有封裝方式是不同的。

另外，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，為了解決某一個(gè)特殊問題，工業(yè)廠商喜歡修改MODBUS規(guī)約來滿足實(shí)際需求。但這并不影響網(wǎng)關(guān)使用，鋇錸技術(shù)網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)廠商自己的modbus協(xié)議來定制產(chǎn)品，在相關(guān)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品說明書內(nèi)都有注明協(xié)議使用方法。

四、MODBUS協(xié)議格式

數(shù)據(jù)包主要是由四個(gè)模塊組成，從機(jī)地址，功能碼，數(shù)據(jù)，校驗(yàn)。

從機(jī)地址：（占用1字節(jié)）Modbus總線上有很多的從機(jī)，用不同地址來標(biāo)識(shí)，如若是主機(jī)發(fā)出，則可以發(fā)送到相應(yīng)的采集，如果是從機(jī)應(yīng)答，主機(jī)也可以清楚識(shí)別判斷信息來自哪個(gè)從機(jī)。

功能碼：（占用1字節(jié)）功能碼類型大致就是讀和寫功能，根據(jù)需要，填寫不同功能碼即可。常見的八種功能碼：

數(shù)據(jù)：（根據(jù)功能碼占用多個(gè)字節(jié)）功能碼不同，數(shù)據(jù)便不同。

校驗(yàn)：（占用2個(gè)字節(jié)）為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的穩(wěn)定性，Modbus協(xié)議使用可靠的CRC校驗(yàn)。

在這需要注意，數(shù)據(jù)包正確無誤地發(fā)送到相應(yīng)的從機(jī)時(shí)，從機(jī)執(zhí)行相應(yīng)操作，并發(fā)送反饋數(shù)據(jù)給主機(jī)，如果發(fā)送從機(jī)地址或功能碼是錯(cuò)誤的，從機(jī)不會(huì)有任何響應(yīng)，其他錯(cuò)誤即會(huì)發(fā)送相應(yīng)錯(cuò)誤碼。

弄清楚了MODBUS協(xié)議規(guī)范，數(shù)據(jù)上傳也就簡單多了，并且鋇錸技術(shù)的Modbus采集網(wǎng)關(guān)都有寄存器地址數(shù)據(jù)處理功能，從modbus寄存器中提取所需數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成MQTT數(shù)據(jù)上云。

至此，要使用 Modbus 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和控制，可以按照以下步驟進(jìn)行：

A.確定通信協(xié)議：感知設(shè)備使用的是Modbus RTU還是TCP協(xié)議，也就是使用串口還是網(wǎng)口。

B.確定數(shù)據(jù)采集和控制類型：一般的采集類型有工廠信息管理數(shù)據(jù)、生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)等等，以及是該類型是16bit、32bit還是按位讀寫方式，然后選用相應(yīng)的寄存器地址。

C.配置 Modbus 主站：將采集網(wǎng)關(guān)（ Modbus 主站）連接到感知設(shè)備，配置網(wǎng)關(guān)的通信協(xié)議和參數(shù)。

D.配置感知設(shè)備：配置感知設(shè)備的 Modbus 通信協(xié)議和通信參數(shù)

E.讀取和寫入數(shù)據(jù)：通過網(wǎng)關(guān)（主站）向感知設(shè)備發(fā)送讀取和寫入數(shù)據(jù)的命令，根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)查看狀態(tài)或控制操作。

這里補(bǔ)充幾點(diǎn)，首先采集數(shù)據(jù)上云，則是網(wǎng)關(guān)作為Modbus主站，將Modbus從站數(shù)據(jù)采集上來之后轉(zhuǎn)換成MQTT協(xié)議對(duì)接華為云、亞馬遜云、阿里云、ThingsBoard、Sparkplug B、鋇錸云平臺(tái)。其次，網(wǎng)關(guān)絕大多數(shù)支持?jǐn)?shù)據(jù)TSL/SSL、X .509證書、密鑰加密、OpenVPN、APN專用網(wǎng)絡(luò)、離線緩存等安全功能，大大提高M(jìn)odbus設(shè)備到云端通信的安全性，防止數(shù)據(jù)泄露或通信故障等問題。

最后，網(wǎng)關(guān)多種多樣，在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)具體的數(shù)據(jù)采集和控制需求，選擇合適的 Modbus 網(wǎng)關(guān)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和控制。

審核編輯 黃宇