協(xié)議網(wǎng)關是一種硬件或軟件設備，其主要功能是在兩種或多種不同通信協(xié)議之間進行轉換。

簡單比喻：就像一個精通多國語言的翻譯，它讓講不同語言的人（使用不同協(xié)議的設備）能夠相互理解和交流。

為什么需要協(xié)議網(wǎng)關？

1. 歷史遺留問題：工廠和系統(tǒng)是逐步建成的，不同時期采購的設備可能來自不同廠商，使用了不同的通信協(xié)議（如PROFIBUS, Modbus, DeviceNet等）。

2. 技術多樣性：不同的協(xié)議有各自的優(yōu)勢和適用場景。例如，PROFINET適合高速機器控制，而Modbus因其簡單易用，在儀表領域非常普及。

3. 系統(tǒng)集成需求：現(xiàn)代智能制造和物聯(lián)網(wǎng)需要將底層設備的數(shù)據(jù)匯集到上層的SCADA、MES或云平臺，這些平臺通常使用標準的IT協(xié)議（如MQTT, HTTP），與工業(yè)現(xiàn)場協(xié)議不同。

沒有協(xié)議網(wǎng)關，這些系統(tǒng)將形成“信息孤島"，無法實現(xiàn)集中監(jiān)控和協(xié)同工作。

協(xié)議網(wǎng)關是如何工作的？

其工作流程可以概括為以下幾個核心步驟，如下圖所示：

1. 讀取與解碼：網(wǎng)關從源設備（或網(wǎng)絡）讀取數(shù)據(jù)，并利用其內(nèi)置的協(xié)議棧，按照協(xié)議A的規(guī)則解析這些數(shù)據(jù)，提取出有用的“值"（如溫度、開關狀態(tài)）。

2. 數(shù)據(jù)映射與處理：這是核心轉換步驟。網(wǎng)關根據(jù)預先的配置，將解析出來的數(shù)據(jù)點映射到目標協(xié)議B對應的數(shù)據(jù)地址或標簽上。在這個過程中，它可能還會進行數(shù)據(jù)處理，如縮放、數(shù)據(jù)類型轉換、單位換算等。

3. 封裝與轉發(fā)：網(wǎng)關將處理后的數(shù)據(jù)，按照協(xié)議B的報文格式和規(guī)則，重新封裝成一個新的、合法的數(shù)據(jù)幀或數(shù)據(jù)包。

4. 發(fā)送：最后，網(wǎng)關將這個新生成的數(shù)據(jù)包發(fā)送到目標設備（或網(wǎng)絡）中。

主要類型

協(xié)議網(wǎng)關可以根據(jù)其形態(tài)和功能進行分類：

按硬件形態(tài)分

• 硬件網(wǎng)關：獨立的物理設備，堅固耐用，專為工業(yè)環(huán)境設計（如您之前提到的PROFIBUS到Modbus網(wǎng)關）。這是最常見的形式。

• 軟件網(wǎng)關：安裝在工控機、服務器或邊緣計算設備上的軟件，提供更靈活的協(xié)議轉換能力。

按協(xié)議類型分

• 工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)關：連接不同現(xiàn)場總線，如 PROFIBUS 轉 Modbus。

• 工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)關：連接不同工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，如 PROFINET 轉 EtherNet/IP（即您之前查詢的產(chǎn)品）。

• 從現(xiàn)場到信息層的網(wǎng)關：將現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)轉換為IT系統(tǒng)或云平臺能理解的協(xié)議，如 Modbus 轉 MQTT， OPC UA 轉 MQTT。這類網(wǎng)關在物聯(lián)網(wǎng)項目中至關重要。

關鍵應用場景

1. 混合控制器環(huán)境：在一個工廠里，有西門子PLC（使用PROFINET）和羅克韋爾PLC（使用EtherNet/IP），需要它們交換數(shù)據(jù)。

2. 舊設備改造：將只支持串口Modbus的老舊設備（如儀表、傳感器）接入到新的PROFINET或EtherNet/IP網(wǎng)絡中，保護現(xiàn)有投資。

3. 數(shù)據(jù)上云：將車間里成千上萬個使用各種協(xié)議的設備數(shù)據(jù)，統(tǒng)一轉換成MQTT協(xié)議，發(fā)送到云平臺進行大數(shù)據(jù)分析和可視化。

4. 系統(tǒng)垂直集成：連接車間層的工業(yè)網(wǎng)絡（如PROFIBUS）與生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)層的以太網(wǎng)（如OPC UA）。

5. 
   

選擇協(xié)議網(wǎng)關的考量因素

1. 協(xié)議支持：明確需要轉換的源協(xié)議和目標協(xié)議。

2. 性能與容量：

• 數(shù)據(jù)吞吐量：處理數(shù)據(jù)的速度。

• 連接數(shù)：能同時管理多少個從站設備或數(shù)據(jù)點。

3. 硬件接口：需要的物理接口類型（如RJ45, RS-232/485, 光纖等）。

4. 配置工具：配置軟件是否易用，是否支持數(shù)據(jù)映射、過濾和高級處理功能。

5. 工業(yè)特性：工作溫度、電源范圍、防護等級（IP Rating）、安裝方式（如DIN導軌）等，確保能適應工業(yè)環(huán)境。

總結

核心定義

Modbus網(wǎng)關是一種專門用于在Modbus協(xié)議與其他一種或多種通信協(xié)議之間進行轉換的設備。

它的核心作用是讓支持Modbus的設備能夠與非Modbus設備或系統(tǒng)（如上層管理軟件、其他品牌的PLC、云平臺等）進行通信。

為什么需要Modbus網(wǎng)關？

• 協(xié)議隔離：Modbus設備（尤其是傳統(tǒng)的RTU設備）無法直接接入以太網(wǎng)或更高級的網(wǎng)絡。

• 系統(tǒng)集成：將遍布工廠的、使用Modbus的簡單設備（傳感器、儀表、驅動器）集成到現(xiàn)代的自動化系統(tǒng)中。

• 網(wǎng)絡擴展：突破Modbus RTU的網(wǎng)絡限制（如距離、從站數(shù)量）。

• 數(shù)據(jù)標準化：將Modbus數(shù)據(jù)轉換為更適用于IT系統(tǒng)或云平臺的格式。

主要類型與功能

Modbus網(wǎng)關種類繁多，主要根據(jù)其轉換的協(xié)議類型來劃分。下圖清晰地展示了常見的Modbus網(wǎng)關類型及其網(wǎng)絡結構：

1. Modbus 串行轉以太網(wǎng)網(wǎng)關

這是最常見的一種。

• 功能：實現(xiàn) Modbus RTU/ASCII (串行協(xié)議， over RS-232/RS-485) 與 Modbus TCP (以太網(wǎng)協(xié)議) 之間的雙向轉換。

• 工作方式：

• 在串行側：它作為 Modbus主站，輪詢連接在RS-485網(wǎng)絡上的Modbus從站設備。

• 在以太網(wǎng)側：它作為 Modbus TCP服務器，等待上位的SCADA、MES系統(tǒng)或PLC（作為Modbus TCP客戶端）來讀取數(shù)據(jù)。

• 應用場景：將大量的串口儀表、傳感器接入工廠的以太網(wǎng)網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。

2. Modbus 協(xié)議轉換網(wǎng)關

這類網(wǎng)關功能更強大，用于連接Modbus與其他的工業(yè)網(wǎng)絡協(xié)議。

• 功能：在 Modbus 和 其他主流工業(yè)協(xié)議 之間進行轉換。

• 常見類型：

• Modbus 轉 PROFIBUS 網(wǎng)關

• Modbus 轉 PROFINET 網(wǎng)關

• Modbus 轉 EtherNet/IP 網(wǎng)關

• Modbus 轉 CANopen 網(wǎng)關

• 工作方式：

• 在非Modbus一側（如PROFINET），它作為一個標準的從站設備，被主PLC控制。

• 在Modbus一側，它作為主站，去輪詢Modbus從站設備。

• 網(wǎng)關內(nèi)部完成數(shù)據(jù)映射和協(xié)議轉換。

• 應用場景：將Modbus設備集成到由西門子、羅克韋爾等主流PLC控制的系統(tǒng)中。

3. Modbus 轉 IT/云協(xié)議網(wǎng)關

這是面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和云邊協(xié)同的現(xiàn)代網(wǎng)關。

• 功能：將Modbus數(shù)據(jù)轉換為適用于IT系統(tǒng)和云平臺的協(xié)議。

• 常見類型：

• Modbus 轉 MQTT 網(wǎng)關：這是IIoT網(wǎng)關。MQTT是輕量級的、基于發(fā)布/訂閱模式的協(xié)議，非常適合云連接。

• Modbus 轉 OPC UA 網(wǎng)關：OPC UA是工業(yè)互操作性的標準，提供安全、可靠和豐富的信息模型

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• 應用場景：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項目，數(shù)據(jù)上云，實現(xiàn)預測性維護、能源管理等高級應用。

• 關鍵功能與選型要點

• 選擇Modbus網(wǎng)關時，需要考慮以下因素：

• 核心功能：

• 協(xié)議支持：明確需要轉換的源協(xié)議和目標協(xié)議（如Modbus RTU to TCP， 或Modbus to PROFINET）。

• 主/從角色：網(wǎng)關在Modbus網(wǎng)絡端是作為主站還是從站？大多數(shù)情況下，網(wǎng)關作為Modbus主站去采集從站設備的數(shù)據(jù)。

• 性能與容量：

• 最大連接數(shù)：能同時管理多少個Modbus從站或TCP連接？

• 數(shù)據(jù)吞吐量：處理數(shù)據(jù)的速度，避免成為系統(tǒng)瓶頸。

• 輪詢周期：掃描所有Modbus從站數(shù)據(jù)所需的時間。

• 硬件接口：

• 串行接口：RS-485還是RS-232？RS-485是最常見的。

• 以太網(wǎng)接口：端口數(shù)量（1個或2個），是否支持交換機功能？

• 6347

  25051-0001

  16645-0056

  16645-0057

  16645-0066

  440410.4

  440510.4

  24G600

  DC3000 3000000061（110V/24V）

  LM2350E-41-B

  KS42-100-0000E-000

  C-Stahl 12.7mmX5MX0.06MM

  C-Stahl 12.7mmX5MX0.07MM

  C-Stahl 12.7mmX5MX0.08MM

  D661-4033

  UR1-025GM

  TCM1A-A-1-J-5-C-D 010X000X00100XX

  RWI-016-PVK(BCP8044-500-02-01-13-05)(3058026)

  CRE-025HMS(BCP8044-500-02-01-20)(3057375)

  CRE-025HMS(BCP8044-500-02-01-20)(3057702)

  CRE-025HMS(BCP8044-500-02-01-20)(3058026)

  RWI-016-PVK(BCP8044-500-02-01-13-05)(3057702)

  CRE-025HMS(BCP8044-500-02-01-20)(3057956)

  HK GR.48,963.15876.000.3

  9989802

  4082732

  4082742

  803019

  D-085D

  VD-117O

  VD-117J

  D-091

  D-142

  D-090X

  D-130

  D-179G

  D-152A

• 電源：寬電壓輸入（如12-36V DC）是工業(yè)應用的標配。

1. 配置與管理：

• 配置方式：是否提供友好的配置軟件？是否支持網(wǎng)頁配置？

• 診斷功能：是否提供清晰的LED指示燈和網(wǎng)絡診斷工具，便于排查故障？

2. 工業(yè)特性：

• 工作溫度：適合工業(yè)環(huán)境（如-20°C ~ 70°C）。

• 防護等級：至少IP20，用于柜內(nèi)安裝；若用于惡劣環(huán)境，可能需要更高等級。

• 安裝方式：通常為DIN導軌安裝。

總結

Modbus網(wǎng)關是工業(yè)通信領域的“萬能適配器"。它成功地延長了無數(shù)Modbus設備的技術壽命，并讓它們能夠融入現(xiàn)代自動化系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)架構中。無論是進行簡單的串口到以太網(wǎng)的轉換，還是實現(xiàn)復雜的跨系統(tǒng)協(xié)議互通，Modbus網(wǎng)關都扮的角色。