4G DTU工作原理是什么？

DTU是无线数据传输模块,采用2G，3G，4G网络,将本地串口数据经DTU打包成TCP或者UDP数据进行远程传输的设备使用方便已经在各行业远程数据传输,设备监控等领域大量应用。而4G DTU采用的是4G网络。以稳定性强的四信4G DTU F2X16系列为例，下图为DTU工作原理的框图：

Modbus RTU Over TCP指的是在TCP上使用MODBUS RTU，与MODBUS TCP是一个概念，并无区别。当然在TCP底层的通讯协议当中，的确会在MODBUS数据包前后自动增加TCP包头包尾，这是为了确定数据包的出发点和目标点，经过自动解析后，提供给最终用户的还是纯粹的MODBUS数据包。而在串口信道中使用MODBUS是不需要包头和包尾的，直接发MODBUS数据包即可。RTU指的是二进制方式，此外MODBUS还有ASCII方式。MODBUS TCP默认使用RTU方式。

NHR系列智能显示控制仪表RS-485通信中应用

01摘要
NHR系列智能显示控制仪表是经过多年开发制造经验而设计生产，集诸多全新功能于一身的新一代智能显示控制仪表。针对现场温度、压力、液位、速度、流量等各种信号进行采集、显示、控制、远传、通讯、打印等处理，构成数字采集系统及控制系统，广泛运用于电力、石化、冶金、轻工、制药、航空等诸多领域。产品的EMC设计符合GB/T176262-11相关规定，同时产品取得了CE认证。
02产品的市场背景
在自动化控制领域，随着分布式控制系统的发展，在产业上的分布式控制系统中，经常需要采用串行通讯来达到远程信息交换的目的。目前，用于串行通讯的接口标准包括：RS-232、RS-422、RS-423和RS-485。RS-232是最早的串行接口标准，广泛应用在短间隔、较低波特率串行通讯中。其后发展起来的RS-422、RS-485是平衡传送的电气标准，比起RS-232非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的进步。RS-485串行接口的电气标准实际上是RS-422的变型，它属于七层OSI (open system interconnection，开放系统互连)模型物理层的协议标准。由于性能优异、结构简单、组网轻易，RS-485总线标准得到了越来越广泛的应用。下面是关于虹润NHR 系列智能显示控制仪表在RS-485通信中的应用。
03产品的技术原理
1、系统技术方案
工业场合中,经常要用一些仪表去控制如温度、液位、流量等。在某些场合,需要1台控制器灵活地控制多台仪表,以达到设计控制目的。
本文利用标准的MODBUS RTU通讯协议与 RS-485通信指令,方便的实现与多台虹润NHR系列仪表的串行通信成功的实现了用单台控制器对多台仪表的灵活控制。可编程控制器允许在一个RS-485通信接口上连接多达100台虹润仪表,仪表大于60台时,需加一个RS-485中继器，RS-485通信口通信距离长达1KM以上。
2、RS-485总线的硬件设计
考虑到此控制系统中网络节点数较多，整个网络超过100个节点，为保证通讯的可靠性和通讯效率按照仪表在系统中实现的不同功能、数据流量、实时性要求把各仪表分布到两条总线上，而且所选器件中的RS-485芯片驱动能力均达到255点，通讯速率选96Kbps，离主站最远的节点不超过50m。
3、网络协议
为了能使具体的命令、数据在网络上正确地传输，在数据链路层必须提供一定的网络协议，保证在物理层的比特流出现错误时进行检测和校正，同时实现数据帧和命令帧的功能。然而，为保证数据传输质量，对每个字节进行校验的同时，应尽量减少特征字和校验字，而常用的数据包格式由引导码、长度码、地址码、命令码、数据、校验码、尾码组成，每个数据包长度达20～30字节，在RS-485系统中显得又有些繁杂。由于MODBUS协议是公然的通讯协议，而且被很多的工控产品生产厂家支持，该协议已广泛应用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中，因此，本系统采用MODBUS协议作为此控制系统的网络协议。
在此控制中由于对PLC和变频器的通讯数据量小而且实时性要求不高，因此采用MODBUS ASCII方式，而对单片机的数据通讯量较大且实时性要求高,因此采用MODBUS RTU方式。
04产品的应用
考虑到100台仪表在RS485总线上的实时性、有效性、正确性，现将100台虹润NHR系列智能控制仪表通讯组网分为两条总线，分别由PLC的串口扩展口分别定义为A1、B1和A2、B2 ；下面是虹润NHR系列智能控制仪表与PLC主机连接图，见图1、图2：

图1：虹润仪表与PLC组网图

图2：虹润仪表与PLC组网图
1、虹润NHR系列智能显示控制仪表通信参数配置
(1)、通信方式为RS-485, (1个起始位，1个或2个停止位，8位数据，无奇偶校验)
(2)、通信传输数据的波特率（12K 24K 48K 96K 192K）可在仪表叁数baud中设定
(3)、通信协议为标准Modbus Rtu 模式
这里重点突出可编程控制器与虹润NHR仪表RS-485接口部分。在工业现场,RS-485通信是应用较多的一种通信方式，图中可编程控制器通过RS-485通信接口与多个NHR仪表相连接,最多可达到100台,每台仪表被赋予各自的地址码,用以识别身份，( 地址码可在仪表叁数Addr中设定)，子单元和主单元采用地址轮询方式。这样可编程控制器的RS-485通信口便能通过RS485总线对挂在下面的所有仪表进行控制 *** 作。
2、虹润NHR系列智能数字显示控制仪通信数据流解析
本通信协议采用标准ModBus协议，采用RTU（十六进制数）传输模式。ModBus协议是一种主---从式协议。任何时刻只有一个设备能够在线路上进行发送。由主站管理信息交换，且只有主站能发起。主站会依次对从站进行轮流查询。只有当从站地址与轮询地址相匹配，从站才能回复消息。从站之间不能进行直接通信。协议桢中不包含任何消息报头及消息结束符，消息的开始和结束依靠间隔时间来识别，当间隔时间长于或等于35个字符时，即作为检测到桢结束。如果网络内没有与查询地址相一致的从站或从站接收时CRC校验出错，主站将不会接收到返回桢，这时主站根据超时设定判断是否超时，如超时，作出重发或d出异常错误窗口动作。
协议桢定义如下：

从站地址：地址必须在1---247之间。
在同个主站网络中每个从站地址必须唯一。
0为广播地址，从站接收消息并作相应处理，但不能回复消息。
功能代码：包含读、写寄存器。
数据：以二进制代码传输。
CRC16：循环冗余校验，校验从从站地址到数据区最后一个字节，计算多项式码为A001(hex)。
（1）、通讯口设置
通讯方式 异步串行通讯接口，如RS-485，RS-232等。
波 特 率 2400～9600bps（可由设定仪表二级参数自由更改，设定仪表二级参数BT，默认4800）。
（2）、字节数据格式 HEX
一位起始位、八位数据位、一位停止位、无校验

（3）、消息桢格式（读、写功能是从主站角度定义的）
读寄存器桢

读寄存器返回桢

写寄存器桢

写寄存器返回桢

错误返回桢

功能代码表：1

错误代码表：2

3、产品

05结论
本文利用标准的MODBUS协议和虹润NHR系列智能显示控制仪表进行RS-485通信，实现了单台控制器控制多台NHR仪表的任务，并能实时检测各仪表的运行状态，整个系统控制灵活方便, 方案结构简单，开发成本低，周期短，既使在恶劣的工业环境下也能稳定工作。

一、对设备进行接入评估，确定设备数据是否可以被采集
一般来说，目前大多数工厂都已经实现了自动化能力，设备通过PLC、CNC等仪表仪器进行数据展示获取，因此对于这部分设备来说，想要实现联网，可以用工业网关进行接入。
以Ruff物联网智能网关为例，Ruff网关与车间设备PLC连接，并将数据进行协议转化和处理后发送到云端，其中涉及到的主要连接协议包括Modbus-RTU等传输协议，而自动化数据采集方式则包括通讯串口、以太网、RS-485等。
当网关进行顺利的连接之后，网关的一端进行设备PLC数据的采集，采集到本地之后，网关会进行初步的数据筛选和处理，将由价值的数据再从另一端口上传到云端或者客户指定的服务器上，从而实现设备数据的采集和传输。
同时，也会遇到另外一种情况，就是工厂的设备完全没有自动化的能力，纯粹属于一台物理机器，如果想要实现联网，则需要借助传感器来实现，用传感器来采集设备的各维度数据，再通过网关进行采集和传输。
二、设备数据联网，实现生产过程实时监控
当设备数据通过工业网关采集上传到云端或者服务器之后，下一步骤就是针对这批设备数据进行分析处理。
以设备宝为例，采集上来的数据可以立马获取工厂生产监控情况及设备异常告警信息，包括实时查看生产线的运行状况及产量信息，实现对工厂生产状况的实时监控。此外，工厂管理者也可以通过手机端远程查看生产状况，保证工厂的实时运行情况都被监控和管理。
除了生产信息获取，设备的异常监控也可以通过设备联网实现。联网之后，通过物联网技术手段，可以将设备的各项标准参数数据进行监控，超过标准范围的异常数据将被预警，管理者通过手机端获取异常预警通知，从而避免意外故障带来的生产损失。
目前，大多数工厂都选了IoT云平台来存储及处理设备数据，例如百度云针对物联网领域推出的天工物联网平台，就是一站式全托管的物联网云平台，实现设备数据的处理计算、存储以及可视化的展示与分析等。
而如果客户针对设备数据具有高度安全性保密性要求，也可以采取私有化部署的方式，进行数据的存储与管理。
三、终端化设备数据展示，实现工厂管理数字化
设备数据从PLC到网关，再从网关到云端，最后云端经过处理分析之后，再把数据展示到终端设备上，比如手机端、PC端、LED大屏等等。
当数据通过云平台的分析处理之后，我们通常可以获取工厂生产统计信息、生产效率信息以及工段或车间数据对比等工厂生产信息。
以生产统计为例，工厂管理者可以通过手机端的APP获取到生产效率统计信息，包括设备生产线的开机率、停机时长、停机次数等实时统计，从而判断工厂生产效率水平及影响生产效率的原因。
其次可以获取工厂产量统计信息，包括生产产量、良品率以及各个班组、产品规格等实时精确统计，保证生产计划的实时交付及工人考核的精确性。
目前，终端数据展示主要以手机端和PC端两种形式为主，在一些工厂的车间及生产线上，也会有生产看板大屏，工厂管理者既可以通过手机端进行实时查看工厂各项数据，也可以通过现场生产看板进行当前生产数据查看。

---