Modbus協(xié)議常被稱為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的祖父。Modbus協(xié)議可根據(jù)工業(yè)和商業(yè)要求輕松配置。由于Modbus通信在許多領(lǐng)域的普及和廣泛應(yīng)用，本文對(duì)Modbus通信及其功能代碼、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的綜述。

什么是Modbus通信協(xié)議？

Modbus是一種開放式標(biāo)準(zhǔn)RTU。許多組織和工程師免費(fèi)將其應(yīng)用到設(shè)備中。該協(xié)議被認(rèn)為是最常見的通信協(xié)議，通?？梢宰鳛檫B接工程電子設(shè)備的手段進(jìn)行訪問(wèn)。

具體而言，這是一種通過(guò)串行線路或以太網(wǎng)連接在電子設(shè)備之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議。在開放標(biāo)準(zhǔn)的條件下，任何人都可以實(shí)現(xiàn)它。這可用于使用SCADA中的RTU連接由電力域控制的系統(tǒng)。

Modbus協(xié)議被明確定義為主從協(xié)議，這意味著作為主設(shè)備的工具將使一個(gè)或多個(gè)工具成為從設(shè)備。這清楚地表明從機(jī)不會(huì)接收數(shù)據(jù)，它需要等待，直到要求它提供信息。主設(shè)備將信息寫入從設(shè)備，然后將信息從寄存器讀取到主設(shè)備。從寄存器的角度來(lái)看，注冊(cè)地址總是存在的。

Modbus通信協(xié)議是如何工作的？

由于該開放式標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)程終端裝置（RTU）使用主從式方法創(chuàng)建各種設(shè)備之間的通信，因此使用RTU方案的任何類型的應(yīng)用程序都將有一個(gè)MODBUS主設(shè)備和至少一個(gè)從設(shè)備。這清楚地表明從機(jī)不會(huì)接收數(shù)據(jù)，它需要等待，直到要求它提供信息。

設(shè)備之間的主從通信是通過(guò)串行總線或網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的。在OSI方法中，MODBUS位于第七層。其目的是請(qǐng)求協(xié)議，然后交付功能代碼中提到的相應(yīng)服務(wù)。這些ModbusRTU協(xié)議的功能代碼是Modbus請(qǐng)求組件。

為了開發(fā)MODBUS應(yīng)用數(shù)據(jù)單元，交付單元應(yīng)啟動(dòng)設(shè)備事務(wù)。這是通知服務(wù)器處理指定類型操作的操作。由主設(shè)備發(fā)起的請(qǐng)求的設(shè)計(jì)由應(yīng)用協(xié)議確定。然后將功能代碼編碼為8位，即1字節(jié)。只有1-25范圍內(nèi)的功能代碼才視為有效，此128-255保留用于異常響應(yīng)。

當(dāng)主機(jī)向從機(jī)發(fā)出請(qǐng)求/消息時(shí)，這意味著功能代碼字段通知服務(wù)器執(zhí)行請(qǐng)求的操作。對(duì)于某些操作，還將有一些子功能代碼。例如，主設(shè)備可以讀取各種輸入/輸出集群的on和off轉(zhuǎn)換。

它還可以從一組Modbus寄存器讀取或?qū)懭胄畔ⅰ．?dāng)主設(shè)備接收到來(lái)自從設(shè)備的響應(yīng)時(shí)，從設(shè)備使用功能代碼字段來(lái)指示是正常響應(yīng)還是異常響應(yīng)。當(dāng)有正常響應(yīng)時(shí)，從設(shè)備將與第一個(gè)功能代碼的請(qǐng)求共振。

這就是Modbus通信協(xié)議的工作原理。

Modbus通信協(xié)議功能代碼

Modbus協(xié)議識(shí)別多個(gè)功能代碼以獲得寄存器可訪問(wèn)性。Modbus主要有四個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊，其中寄存器編號(hào)或地址可能重疊。因此，在需要地址和功能代碼的地方，必須定義準(zhǔn)確的定義。

下表明確總結(jié)了Modbus功能代碼。這些代碼只有一個(gè)子類別。然而，對(duì)于一些相應(yīng)的應(yīng)用，這些可能不適用。

PROFIBUS和/sModbus通信協(xié)議

將Profibus和MODBUS作為單獨(dú)的應(yīng)用程序進(jìn)行比較，兩者都有多種優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用。

Modbus具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單、協(xié)議易用等特點(diǎn)。雖然協(xié)議本身的定義與物理層之間存在一些差異，但這將導(dǎo)致多供應(yīng)商操作中出現(xiàn)問(wèn)題。PROFIBUS是最復(fù)雜的協(xié)議，其目的是實(shí)現(xiàn)整個(gè)行業(yè)的自動(dòng)化。它在使用調(diào)制解調(diào)器的多供應(yīng)商功能中表現(xiàn)良好，并具有全面的診斷功能。

當(dāng)智能設(shè)備以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式連接到控制器時(shí)，或者當(dāng)存在遠(yuǎn)程位置時(shí)，Modbus最適合。當(dāng)存在多個(gè)點(diǎn)，即多個(gè)供應(yīng)商時(shí)，PROFIBUS是最好的。

協(xié)議版本

Modbus協(xié)議的變體包括：

1.ModbusRTU

為了建立協(xié)議通信，它以二進(jìn)制格式表示數(shù)據(jù)，主要用于串行通信。此版本中的消息按空閑時(shí)間段劃分。RTU版本遵循的格式為循環(huán)冗余校驗(yàn)校驗(yàn)機(jī)制，保證了數(shù)據(jù)的可靠性。

2.ModbusASCII

為了建立協(xié)議通信，使用ASCII字符，主要在串行通信中實(shí)現(xiàn)。此版本中的消息由冒號(hào)（“）和尾隨的換行符（/）分隔。ASCII版本遵循垂直冗余檢查的格式來(lái)驗(yàn)證機(jī)制。

3.ModbusTCP

此版本的Modbus用于通過(guò)端口502鏈路通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。此變體不需要任何類型的校驗(yàn)和計(jì)算，因?yàn)檩^低級(jí)別本身提供了這一功能。

ModbusPlus

Modbus協(xié)議應(yīng)用主要用途包括：

它用于醫(yī)療保健領(lǐng)域分析自動(dòng)溫度水平

交通行為分析

在家庭自動(dòng)化中實(shí)施，以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)傳輸

天然氣、石油、地?zé)?、海德爾、風(fēng)能和太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)

Modbus的功能碼 

Modbus協(xié)議 功能碼與數(shù)據(jù)類型對(duì)應(yīng)表：

RTU 方式讀取整數(shù)據(jù)的例子：

解析一下：主機(jī)發(fā)送指令，訪問(wèn)從站地址為1，使用功能碼03（讀保持寄存器），起始地址高8位、低8位：表示想讀取的模擬量的起始地址(起始地址為0)。比如例子中的起始地址為38，十進(jìn)制為：56。寄存器數(shù)量高8位、低8位：表示從起始地址開始讀多少個(gè)模擬量。例子中為1個(gè)模擬量。注意，在返回的信息中一個(gè)模擬量需要返回兩個(gè)字節(jié)。錯(cuò)誤校驗(yàn)為CRC校驗(yàn)。

從站應(yīng)答：設(shè)備地址和命令號(hào)和上面的相同。返回的字節(jié)數(shù)：表示數(shù)據(jù)的字節(jié)個(gè)數(shù)，也就是數(shù)據(jù)1，2...n中的n的值。例子中返回了1個(gè)模擬量的數(shù)據(jù)，因?yàn)橐粋€(gè)模擬量需要2個(gè)字節(jié)所以共2個(gè)字節(jié)。數(shù)據(jù)高低字節(jié)：41和24代表返回的1個(gè)模擬量的值，即十進(jìn)制的16676。錯(cuò)誤校驗(yàn)為CRC校驗(yàn)。

Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)TCP介紹

在Modbus RTU轉(zhuǎn)TCP功能下，用戶的串口設(shè)備可以通過(guò)蜂窩調(diào)制解調(diào)器 USR-G781向網(wǎng)絡(luò)上指定的服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù) 。G781 也可以接受來(lái)自服務(wù)器的數(shù)據(jù)并將信息轉(zhuǎn)發(fā)到 串口設(shè)備。 用戶無(wú)需關(guān)注串口數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程， 通過(guò)簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)串口設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的Modbus RTU<=>Modbus TCP通訊 。