Modbus協(xié)議是一種在工業(yè)自動化領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的通信協(xié)議，它允許不同設(shè)備之間進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)交換和控制。該協(xié)議最初由Modicon公司于1979年創(chuàng)建，旨在提供一種簡單而有效的方法，使PLC（可編程邏輯控制器）和其他自動化設(shè)備能夠相互通信。

一，設(shè)計架構(gòu)和通信模式

Modbus協(xié)議采用主從架構(gòu)，其中一個設(shè)備充當(dāng)主站（Master），而其他設(shè)備則充當(dāng)從站（Slave）。主站是負(fù)責(zé)發(fā)起通信和提出請求的設(shè)備，而從站是響應(yīng)請求并執(zhí)行相應(yīng)操作的設(shè)備。主站可以與多個從站通信，通過設(shè)備地址來唯一標(biāo)識每個從站。通信主要通過請求--響應(yīng)的模式進(jìn)行。主站向從站發(fā)送請求，請求中包含了功能碼，指示從站應(yīng)該執(zhí)行的具體操作。從站收到請求后，執(zhí)行相應(yīng)操作并將結(jié)果返回給主站。這種模式適用于讀取和寫入寄存器、線圈狀態(tài)等不同類型的數(shù)據(jù)。

二，Modbus RTU 和 Modbus ASCII

Modbus RTU和Modbus ASCII是兩種常見的物理層和數(shù)據(jù)幀格式，用于串行通信。它們的幀結(jié)構(gòu)有一些差異，但基本概念相似。

Modbus RTU：

使用二進(jìn)制編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

幀起始于一個靜默線路的時間，設(shè)備地址和功能碼后是數(shù)據(jù)字段和CRC校驗碼。

CRC校驗用于驗證數(shù)據(jù)的完整性。

Modbus ASCII：

使用ASCII字符編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

幀起始于一個冒號字符（":"），設(shè)備地址和功能碼后是數(shù)據(jù)字段和LRC校驗碼。

LRC校驗用于驗證數(shù)據(jù)的完整性。

三，Modbus TCP

Modbus TCP是基于TCP/IP的變種，用于在以太網(wǎng)上進(jìn)行通信。與串行通信不同，Modbus TCP幀不包含物理層幀結(jié)構(gòu)，而是通過TCP連接傳輸。

Modbus TCP：

采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。

幀包括事務(wù)標(biāo)識、協(xié)議標(biāo)識、長度字段、設(shè)備地址、功能碼和數(shù)據(jù)字段。

數(shù)據(jù)字段的長度和內(nèi)容取決于執(zhí)行的具體操作。

不需要像RTU和ASCII那樣的物理層幀結(jié)構(gòu)。

四，寄存器和功能碼

Modbus協(xié)議定義了多種類型的寄存器，用于存儲和傳輸數(shù)據(jù)。其中包括輸入寄存器（只讀）、保持寄存器（讀寫）、線圈（開關(guān)狀態(tài)）等。功能碼指定了具體的操作類型，如讀取寄存器、寫入寄存器、讀取線圈狀態(tài)等。

五，錯誤處理和安全性

Modbus協(xié)議提供了基本的錯誤檢測和處理機(jī)制，例如在Modbus RTU中使用CRC校驗來驗證數(shù)據(jù)完整性。然而，它相對簡單，沒有內(nèi)建的加密和安全特性。在實際應(yīng)用中，如果安全性是關(guān)鍵問題，通常需要在網(wǎng)絡(luò)層面或應(yīng)用層面采取額外的安全措施。

六，應(yīng)用領(lǐng)域

Modbus協(xié)議在工業(yè)自動化中應(yīng)用廣泛，用于PLC、傳感器、執(zhí)行器、儀表等設(shè)備之間的通信。其開放性使得不同廠商的設(shè)備能夠互聯(lián)，實現(xiàn)設(shè)備間的集成與協(xié)作。Modbus協(xié)議的簡單性和可靠性使其成為許多自動化系統(tǒng)的首選通信協(xié)議。