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Modbus总线协议智能网关协议转换案例解析：提升系统兼容性

news 来源：原创 2025/5/25 16:47:27

Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司(现在的施耐德电气,Schneider Electic)于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准(Defacto)，并日现在是工业电子设备之间常用的连接方式

Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司(现在的施耐德电气Schneider Electric)于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准(De facto)，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。Modbus比其他通信协议使用的更广泛的主要原因有:

1. 公开发表并且无版权要求

2. 易于部署和维护

3. 对供应商来说，修改移动本地的比特或字节没有很多限制

Modbus允许多个 (大约240个)设备连接在同一个网络上进行通信，举个例子，一个测量温度和湿度的装置，并且将结果发送给计算机，在数据采集与监视控制系统:(SCADA)中，Modbus通常用来连接监控计算机和远程终端控制系统(RTU)

Modbus详解之Modbus通讯协议、ModbusTCP、ModbusRTU、协议转换(图1)

Modbus通信协议具有以下几个特点：

•Modbus协议标准开放、公开发表且无版税要求。用户可以免费获取并使用Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。

•Modbus协议支持多种电气接口，如RS232、RS485、TCP/IP等，还可以在各种介质上传输，如双绞线、光纤、红外、无线。

•Modbus协议消息帧格式简单、紧凑、通俗易懂。用户理解和使用简单，厂商容易开发和集成，方便形成工业控制网络。

•可靠性: Modbus 是最古老的工业自动化通信协议。它使用和编程简单，因此学习曲线较低。

•遗留基础设施:许多制造商在早期自动化方面投入了大量资金。Modbus 对于配置、DLR、节点、子站和其他基础设施非常友好，这些基础设施可能会被新的或更先进的协议所淘汰。

•快速部署: Modbus 可以轻松、立即集成到 SCADA和其他控制系统中

•灵活性: Modbus 已适应新兴技术。例如，Modbus TCP 可以通过话配器进行转换，以与LAN 和远程控制系统集成。它还可以利用基于网络和基于云的平台。

•简单性:由于通信简单，因此可以轻松扩展到新技术。例如，Modbus TCP/P 由于指令集简单，部署速度很快。它还可以与以太网配合使用，无需添加芯片或板。

Modbus协议在工业自动化、智能建筑、能源管理等领域有着广泛的应用。在工业自动化系统中，Modbus协议用于连接PLC、传感器、执行器等设备，实现数据的采集、传输和处理。在智能建筑领域，Modbus协议则用于连接楼宇自控系统中的各种设备，如空调、照明、安防等。此外，在能源管理系统中，Modbus协议也发挥着重要作用，用于连接电表、水表、气表等计量设备以及能源管理系统的服务器。

Modbus-RTU协议

Modbus RTU 协议是一种开放的串行协议，广泛应用于当今的工业监控设备中。该协议使用 RS-232或RS-485 串行接口进行通信，并得到市场上几乎所有商业 SCADA、HM、OPC 服务器和数据采集软件Q程序的支持。因此，很容易将 Modbus 兼容设备集成到新的或现有的监控应用程序中，并具有即时的软件支持。

ModbusRTU协议一般分为两种接口，一种是RS485,一种是RS232.看下图：

Modbus详解之Modbus通讯协议、ModbusTCP、ModbusRTU、协议转换(图3)

ModbusTCP通信概述

ModbusTCP是一种基于以太网的Modbus通信协议，用于工业自动化系统中设备之间的数据传输。结合了Modbus协议的简单性和以太网的高速传输能力。

Modbus详解之Modbus通讯协议、ModbusTCP、ModbusRTU、协议转换(图4)

ModbusTCP通信原理

1.通信架构

Modbus TCP采用客户端-服务器(Client-Server)架构:① 客户端(PLC/HMI)发起请求。

② 服务器(传感器/执行器)响应请求并提供所需数据或执行指令

2.数据帧结构

①事务处理标识符(Transaction ldentifier):匹配请求和响应。

②协议标识符(Protocolldentifier):通常为0,表示Modbus协议。

③ 长度字段(Length Field):指示后续数据的长度。

④单元标识符(Unit ldentifier):用于标识目标设备。

⑤功能码(Function Code):指示执行的操作，如读取、写入等

⑥ 数据域(Data Field): 包含实际传输的数据。

3.通信过程

① 请求: 客户端发送包含目标服务器地址、功能码和相关数据的请求帧。

② 响应: 服务器接收到请求后，根据功能码执行相应操作，并返回响应帧给客户端。

为什么需要 Modbus？

工业设备常来自不同厂商，使用私有协议（如西门子的 S7 协议、三菱的 CC-Link），导致 “设备孤岛”。Modbus 作为 通用协议，提供了统一的通信标准，使得不同品牌的设备无需定制开发即可互相通信，极大简化了系统集成难度，降低了成本。

Modbus详解之Modbus通讯协议、ModbusTCP、ModbusRTU、协议转换(图5)

关于ModbusRTU/TCP协议转换：

Modbus详解之Modbus通讯协议、ModbusTCP、ModbusRTU、协议转换(图6)

Modbus详解之Modbus通讯协议、ModbusTCP、ModbusRTU、协议转换(图7)

关于Modbus RTU/TCP协议转换：

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