什么是Modbus协议,Modbus网关如何工作的？
Modbus协议是工业自动化系统广泛使用的通信协议，允许传感器、可编程逻辑控制器(PLC)和计算机之间的通信。本文深入介绍了Modbus协议和工作原理以及其适用的物联网场景，以帮助选择合适的Modbus网关.
什么是Modbus协议，它是如何工作的？
主从关系用于实现请求-响应Modbus协议。当两个设备处于主从关系时，通信总是成对进行。启动设备(主设备)负责启动每个触点。通常，从机是传感器、可编程逻辑控制器(PLC)或可编程自动化控制器，而主机是人机界面(HMI)或监控和数据采集(SCADA)系统(PAC)。
各种协议级别指定了请求和应答的内容，以及传输这些通信的网络层。它概述了可靠设备连接所需的消息格式、功能代码、数据编码、错误检查和其他元素。
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哪种设备支持Modbus协议?
Modbus协议受到多种设备的支持，包括可编程逻辑控制器(PLC)、远程终端设备(RTU)、传感器、执行器、人机界面(HMI)以及工业自动化和过程控制领域的许多其他类型的设备。Modbus被广泛使用，并已成为制造业、能源、交通和楼宇自动化等领域不同制造商生产的设备之间互操作性的事实标准。
A Modbus网关是一种转换工业自动化系统网络集线器使用的通信协议的设备。它与智能设备进行对话，从下级设备收集数据并将其传输到Modbus网关，与高级计算机网络建立连接，并与网络计算机进行Modbus协议。
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Modbus的哪些其他协议有吗？
Modbus协议有多种版本。决定采用哪种Modbus协议变体取决于应用的特定要求。每种变体都有自己的优点和缺点。
Modbus RTU和Modbus ASCII
最流行的版本Modbus RTU用于串行连接。称为Modbus RTU的串行通信协议使用二进制表示传输数据。它是使用最广泛的Modbus变体，用于许多自动化和过程控制应用。实际上，Modbus RTU和Modbus ASCII是Modbus协议的两种不同形式的串行连接。由于它们都使用串行电缆，为了方便起见，Modbus RTU和Modbus ASCII经常被称为Modbus RTU。
一种称为Modbus ASCII的串行通信技术使用ASCII字符传输数据。它用于需要人类可以读取的数据的应用中，但不如Modbus RTU受欢迎。当使用Modbus ASCII时，数据显示为可读的ASCII。
虽然ASCII信息的优点是便于管理人员监控，但通过Modbus RTU提供的二进制信息更短，理论上发送和接收更快。对于物联网开发人员来说，Modbus RTU消息中缺少文本开始标记是一个重要的区别。相反，为了识别新消息的开始，事务中的接收设备等待一个“静默”间隔。ASCII消息中有文本开始标记。
根据所使用的物理信令协议，Modbus RTU最多可支持247台服务器设备，但只能支持一台客户端设备，并且每台设备都需要自己的端口。使用串行电缆的串行连接比需要安装软件、网卡和配置IP地址的以太网连接更容易设置。
Modbus TCP/IP
像Modbus TCP/IP这样的工业以太网协议在传输层使用TCP/IP。它用于构建多点网络，支持单个客户端设备和多个服务器设备之间的物理以太网层通信。使用Modbus TCP时，消息封装在TCP数据包中，然后封装在IP数据包中，再通过以太网电气信号发送出去。
IP确保通信被适当地寻址和路由，而TCP的主要工作是确保数据包被正确接收。
Modbus以太网连接有两种不同的类型。Modbus TCP是一个经常用来指Modbus TCP和Modbus over TCP变体的术语。TCP上的Modbus只是包装在TCP连接中的Modbus RTU数据包，而Modbus TCP只是Modbus TCP数据包。由于它使用以太网，后者被归类为Modbus TCP，尽管从技术上讲，它应该被命名为Modbus RTU over TCP。
虽然速度通常不是许多Modbus设备运行的关键要求，例如报告温度，但以太网连接比串行连接更快。此外，由于数据可以传输更远的距离，它更可靠。大型自动化控制系统和其他需要高速数据传输的场合经常使用它。
与Modbus RTU不同，Modbus TCP允许几个设备使用一个网络端口，消息包括Modbus应用协议(MBAP)报头，一个7字节的报头。所使用的Modbus应用数据单元(ADU)由MBAP报头标识，它反过来规定了要使用的传输协议。使用Modbus TCP可以支持许多客户端设备，它支持同时连接数千个服务器设备。
Modbus Plus
Schneider Electric创造了被称为Modbus Plus的专有Modbus变体，其目标是在大规模自动化系统中实现远距离高速通信。Modbus协议仅仅是一个协议，而Modbus Plus是一个具有第一层物理层和预定介质的完整系统。
这是一个用于工业控制应用的局域网系统，它使联网设备能够相互通信，以便管理和观察工业设施内远处的操作。使用令牌传递媒体访问控制方法，Modbus Plus产生确定性操作，但是它并不总是很快。
用于Modbus串行和Modbus/TCP的消息协议基本上与用于Modbus Plus第7层的消息协议相同。RS485用于实现物理层，它利用屏蔽双绞线电缆。数据链路层(第2层)协议基于HDLC(高级数据链路控制)多点ISO/IEC 3309:1991标准，该标准使用令牌传递媒体访问控制机制并同步发送数据，而Modbus串行则异步传输数据。结果，数据以1 Mbps的速度传输。与Modbus相反，Modbus Plus是一种专有标准，旨在超越Modbus串行中的“单一主机”限制。
这里，我们用一个表格来说明Modbus RTU、Modbus TCP和Modbus Plus之间的异同:
| 特征 | Modbus RTU | Modbus TCP | Modbus Plus |
| 通信媒体 | Serial | 以太网 | 专有 |
| 传输格式 | 二进制的 | ASCII或二进制 | 专有 |
| 数据传输速度 | 高达115.2 kbps | 高达100 Mbps | 高达10 Mbps |
| 最大距离 | 1.2公里 | 依赖于网络 | 最远3公里 |
| 最大设备数 | 247 | 依赖于网络 | 高达32，000 |
| 误差检测 | CRC | TCP校验 | 专有 |
| 网络拓扑结构 | 主从式 | 客户端-服务器 | 点对点或总线 |
| 实时能力 | 不 | 不 | 是 |
Modbus网关可以用来做什么？
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首次创建用于PLC网关并在工业生产应用中使用了Modbus协议。如今，Modbus协议几乎应用于每个行业，包括石油和天然气、电信、云服务、远程医疗、智能家居、农业、电动汽车生产、智能工厂等，这得益于物联网网关.
为这些行业提供系统集成服务的公司以及拥有大量互联设备的其他公司，如数据中心和边缘计算，也使用Modbus协议。控制其他Modbus设备的物联网网关允许实施Modbus协议的物联网设备连接到这些设备。通过在互联网上实现安全的P2P连接，这种连接降低了对防火墙和VPN的需求，同时提高了速度。
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