工业通讯新趋势：Modbus RTU转TCP的发展前景

一、Modbus RTU 和 Modbus TCP 在多个方面存在差异

物理层与传输介质

Modbus RTU：常使用串口通信，如 RS - 232 或 RS - 485。RS - 232 适合短距离通信，通常在十几米以内；RS - 485 则支持更长距离，可达 1200 米左右，并且允许多个设备连接在同一总线上，适用于小型、局部的工业控制网络。

Modbus TCP：基于以太网，利用 TCP/IP 协议栈进行数据传输。它使用网线作为传输介质，可借助现有的局域网、广域网基础设施，传输距离仅受网络设备和拓扑结构限制，能实现跨地域的远程通信。

数据帧格式

Modbus RTU：数据帧以二进制形式编码，包含从站地址、功能码、数据和校验信息（通常是 CRC 循环冗余校验）。数据帧没有额外的网络层和传输层开销，格式相对紧凑，但不同厂家设备可能在细节上有差异。

Modbus TCP：数据帧基于 TCP/IP 协议，在 Modbus 应用层数据前添加了 MBAP（Modbus 应用协议头）。MBAP 包含事务标识符、协议标识符、长度和单元标识符等信息，用于在网络中准确识别和传输 Modbus 数据，数据帧整体结构更复杂。

传输效率

Modbus RTU：由于使用串口通信，传输速率相对较低，常见波特率有 9600bps、19200bps 等。在数据传输量较大或对实时性要求较高的场景下，容易出现传输延迟。

Modbus TCP：依托以太网，传输速率高，常见的有 10Mbps、100Mbps 甚至更高。能够快速传输大量数据，更适合对实时性要求高、数据交换频繁的应用场景。

连接方式

Modbus RTU：采用主从式通信结构，一个主站可以与多个从站进行通信。主站发起请求，从站根据请求返回响应，通信过程是一问一答式，不支持并发通信。

Modbus TCP：支持多主站和多从站的连接方式，多个客户端（主站）可以同时与服务器（从站）进行通信，实现并发数据访问，提高了系统的通信效率和灵活性。

网络兼容性

Modbus RTU：串口通信的局限性使其难以直接集成到基于 IP 的网络系统中，需要通过协议转换器才能与其他网络设备进行通信。

Modbus TCP：基于 TCP/IP 协议，与现代网络系统高度兼容，可直接接入企业局域网、互联网，方便与其他基于 IP 的系统（如 SCADA 系统、ERP 系统等）进行数据交互和共享。

应用场景

Modbus RTU：适用于小型工业控制系统、局部设备监控等场景，如小型工厂的设备控制、楼宇自动化中的局部设备管理等，这些场景对通信距离和数据传输量要求相对较低。

Modbus TCP：常用于大型工业自动化系统、远程监控和管理系统等，如大型工厂的分布式控制系统、跨地域的能源管理系统等，这些场景需要长距离、高速率、大规模的数据通信和集成。

二、从以下几方面说明一下为什么要将ModBusRTU转换成TCP

1. 长距离通信和网络扩展性：Modbus RTU 通常用于基于串口的通信，如 RS-485，通信距离有限，一般 RS-485 总线在理想条件下最大通信距离约 1200 米。而 Modbus TCP 基于以太网，使用 IP 网络进行数据传输，借助现有的局域网、广域网基础设施，理论上可以实现几乎无限距离的通信，方便连接位于不同地理位置的设备，满足大型工业自动化系统、智能建筑等跨区域通信需求，易于构建大规模的分布式控制系统。

2. 提高数据传输速度和效率：串口通信的速率相对有限，如常见的 9600bps、19200bps 等。以太网的传输速率通常要高得多，常见的有 100Mbps、1Gbps 甚至更高。当需要传输大量数据或对实时性要求较高时，Modbus TCP 能更好地满足快速数据交换的需求，提高系统的响应速度和整体性能。

3. 网络兼容性和集成性：在现代企业网络环境中，TCP/IP 是主流的网络通信协议，几乎所有的计算机、服务器、路由器等网络设备都支持 TCP/IP 协议。将 Modbus RTU 转换为 Modbus TCP，可以使基于 Modbus RTU 的工业设备无缝集成到现有的企业网络中，便于与其他基于 IP 的系统（如企业资源计划 ERP 系统、制造执行系统 MES 等）进行数据交互和共享，实现更高效的生产管理和决策。

4. 远程监控和管理：通过将 Modbus RTU 转换为 Modbus TCP，设备可以连接到互联网，允许用户通过网络从任何地方远程访问和监控设备。这对于需要远程维护、故障诊断和实时数据采集的应用场景非常重要，例如远程泵站监控、无人值守变电站等。

5. 设备管理和维护便利性：基于 TCP 的网络管理工具和技术更加丰富和成熟，网络管理员可以利用这些工具对连接的设备进行配置、监控和故障排除。相比之下，Modbus RTU 设备的管理通常需要专用的串口工具和更复杂的现场操作。通过转换为 Modbus TCP，可以降低设备管理和维护的难度和成本。

三、捷米特JM-RTU-TCP-PLUS 网关模块如何助力ModBusRTU转换成TCP

先说一下此产品广泛应用于支持RS485接口的软启动器、变频器、智能高低压电器、电量测量装置、智能现场测量设备、仪表、PLC、DCS、FCS等等。

技术指标

TCP - RTU RS485 设备在 TCP 一侧为 TCP Server，在 RTU 一侧通过 RS485 可以作为 Modbus主站；

支持Modbus协议；

功能码：支持01H、02H、03H、04H、05H、06H、0FH、10H号功能；

供电：24VDC(±5％)，最大功率3.5W ；

工作环境温度：-25～55℃，湿度≤95%；

外形尺寸：34mm（宽）×110mm（高）×70mm（厚）；

安装方式：35mm导轨； Ø 防护等级：IP20；

配置模块

1. 正确连接电源，通过配置网口将TCP - RTU RS485与计算机相连，给TCP - RTU RS485 上电；

2. 打开配置软件，根据需求在配置软件中进行配置；

3. 选择正确的COM口，点击工具栏中的“下载”按钮，将配置下载到TCP - RTU RS485 中；

4. 等待大约10秒，TCP - RTU RS485与PLC之间建立正确连接，此时OK灯亮。

4.2 Configuration Tool 配置软件配置模块需要使用配置软件，用户可以从光盘或者网站上获取并安装，用户使用网关配置软件可以轻松完成TCP - RTU RS485的配置，包括设备IP地址，子网掩码，网关地址和设备名称，串口波特率、奇偶校验、停止位等，并可对网关内存映射数据进行冲突检测。主界面如下图：

数据交换

TCP - RTU RS485的TCP 网络和串口之间的数据转换是通过“映射”关系来建立的。在 TCP - RTU RS485中有两块数据缓冲区，一块是输入缓冲区（1500字节），地址范围为0x000 0x5DB；另一块是输出缓冲区（1500字节），地址范围为0x5DC-0xBB7。

1 TCP Server端

假定用户配置的输入数据的长度为L1，输出数据的长度为L2。TCP - RTU RS485会把 [0x000,L1]地址范围内的数据发送到TCP 网络中，当从TCP 网络接收到数据时，TCP - RTU RS485 会将数据写到[0x5DC,0x5DC+L2]地址范围内。

2 Modbus RTU端

当串口运行Modbus主站协议时，对于TCP - RTU RS485所支持的所有写寄存器、写线圈命令，都可以从0x000-0x5DB、0x5DC-0xBB7地址范围内取数据，发给Modbus从站。对于TCP - RTU RS485所支持的所有读寄存器、读线圈命令，TCP - RTU RS485会从Modbus 从站返回的数据写到0x000-0x5DB范围内。注意：Modbus主站可配置的命令数为32条，每条命令可以读取一组连续的Modbus寄存器。

3 通用模式-问答式

当串口运行通用模式-问答式协议时，命令请求部分可以从缓冲区0x000-0x5DB、0x5DC 0xBB7 的任意位置取数，然后发出到从站串口设备中。当串口从站设备给出响应时，若响应中有多少取决于用户的配置。

4 通用模式-接收式

数据部分，JM-RTU-TCP-PLUS 会将响应的数据部分写到 0x000-0x5DB 范围内，具体数据的当串口运行通用模式-接收协议时，JM-RTU-TCP-PLUS 的某个串口仅接收用户的串口主站设备发送的数据，而不会做出任何的响应。在这种方式下JM-RTU-TCP-PLUS 会把接收到的数据写到0x000-0x5DB地址范围内的某段区域内。

5 输出命令轮询模式

该节的内容仅适用于 Modbus主站协议和通用模式-问答式协议。命令执行过程： 1. 超时重发次数设置为0； 2. 发送命令的请求帧。发送完成后，响应超时定时器开始计时； 3. 等待命令的响应帧； 4. 若在响应超时时间内接收到响应帧，则认为有响应，至于是否响应正确，依赖于具体的响应格式。若响应帧正确，命令执行结束。若在响应超时时间内没有接收到响应帧，则认为响应超时。响应错误和响应超时时，进入步骤5； 5. 判断重传次数是否为 3，若为3 则命令执行结束，否则，超时重传次数加一，进入步骤 2。连续输出模式：在主站协议中，每一条命令在每一个子网内都有唯一的命令索引号。主站协议工作在连续输出模式（输出命令轮询模式）时，以下列方式执行： 1. 执行第n号命令； 2. 第n号命令执行完成后，n加一，若大于最大命令条数，则n设置为0。重新进入步骤1。变化输出模式：主站协议工作在变化输出模式时，按以下方式执行：否有变化，有变化则执行命令n； 1. 若命令n为读命令，执行命令n。否则，检测命令n的请求帧中包含的内存数据映射数据是 2. 如果命令n被执行则等待命令n执行完成，n加一，若大于最大命令条数，则n设置为0。重新进入步骤1。

6 字节交换方式

字节交换方式共有4种方式：无交换、2字节交换、4字节寄存器交换和4字节大小端交换。 2 字节交换：使用2字节交换时，交换的字节个数一定要是2的整数倍。2字节交换是以2个字节为单元进行交换的，交换方式见下表：

软件安装步骤