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让智能设备顺畅沟通-MODBUS网关

 

一、介绍

Modbus由MODICON公司于1979年开发，是一种工业现场总线协议标准。后被施耐德收购，1996年施耐德公司推出基于以太网TCP/IP的Modbus协议：ModbusTCP。一经面世因其简单开放的通信方式逐渐成为工业系统中流行的标准，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议，广泛应用于工业控制和自动化领域。

二、特点

①协议标准开放、公开发布且无版税要求，可以免费使用，不需要缴纳许可证费；

②Modbus使用RS232，RS485，网口等接口，采用主从站（master/slave）方式通信。也就是请求/应答的意思，主站发出请求，从站响应回答，并且从站不会主动发送通信主站，从站之间也不会有通讯，从站的地址范围为 0 - 247，其中0为广播地址，从站的实际地址范围为1 - 247。这样成本低，而且布线也简单方便，易于部署和维护，满足基本工业设备需求。

③Modbus是应用层协议，位于OSI模型第七层。其协议格式简单、通俗易懂，便于开发和集成，方便形成工业控制网络。

 

三、种类

Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP三种报文类型。有何区别呢？

简单来说，Modbus协议使用串口传输时可以选择RTU或ASCII模式，ASCII 模式采用LRC校验，RTU模式采用16 位CRC校验。通过以太网传输时使用TCP，这种模式不使用校验，因为TCP协议是一个面向连接的可靠协议。对于所有的这三种通信协议在数据模型和功能调用上都是相同的，只有封装方式是不同的。

 

另外，在实际的应用过程中，为了解决某一个特殊问题，工业厂商喜欢修改MODBUS规约来满足实际需求。但这并不影响网关使用，钡铼技术网关可以根据厂商自己的modbus协议来定制产品，在相关网关产品说明书内都有注明协议使用方法。

 

四、MODBUS协议格式

  数据包主要是由四个模块组成，从机地址，功能码，数据，校验。

从机地址：（占用1字节）Modbus总线上有很多的从机，用不同地址来标识，如若是主机发出，则可以发送到相应的采集，如果是从机应答，主机也可以清楚识别判断信息来自哪个从机。

 功能码：（占用1字节）功能码类型大致就是读和写功能，根据需要，填写不同功能码即可。常见的八种功能码：

数据：（根据功能码占用多个字节）功能码不同，数据便不同。

校验：（占用2个字节）为了保持数据的稳定性，Modbus协议使用可靠的CRC校验。

在这需要注意，数据包正确无误地发送到相应的从机时，从机执行相应操作，并发送反馈数据给主机，如果发送从机地址或功能码是错误的，从机不会有任何响应，其他错误即会发送相应错误码。

弄清楚了MODBUS协议规范，数据上传也就简单多了，并且钡铼技术的Modbus采集网关都有寄存器地址数据处理功能，从modbus寄存器中提取所需数据，转换成MQTT数据上云。    

至此，要使用 Modbus 实现远程数据采集和控制，可以按照以下步骤进行：

A.确定通信协议：感知设备使用的是Modbus RTU还是TCP协议，也就是使用串口还是网口。

B.确定数据采集和控制类型：一般的采集类型有工厂信息管理数据、生产设备数据等等，以及是该类型是16bit、32bit还是按位读写方式，然后选用相应的寄存器地址。

C.配置 Modbus 主站：将采集网关（ Modbus 主站）连接到感知设备，配置网关的通信协议和参数。

D.配置感知设备：配置感知设备的 Modbus 通信协议和通信参数

E.读取和写入数据：通过网关（主站）向感知设备发送读取和写入数据的命令，根据需要进行数据查看状态或控制操作。

这里补充几点，首先采集数据上云，则是网关作为Modbus主站，将Modbus从站数据采集上来之后转换成MQTT协议对接华为云、亚马逊云、阿里云、ThingsBoard、Sparkplug B、钡铼云平台。其次，网关绝大多数支持数据TSL/SSL、X .509证书、密钥加密、OpenVPN、APN专用网络、离线缓存等安全功能，大大提高Modbus设备到云端通信的安全性，防止数据泄露或通信故障等问题。

最后，网关多种多样，在实际应用中，要根据具体的数据采集和控制需求，选择合适的 Modbus 网关设备，以实现远程数据采集和控制。