Modbus

简介

Modbus协议是一种工业通信协议，最早由Modicon（现为施耐德电气的一部分）在1979年开发，用于可编程逻辑控制器（PLC）之间的通信。它是一种主从式协议，设计简单、易于实现，广泛应用于工业自动化领域的设备和系统之间的通信。

主要特点

1. 开放性：Modbus是公开的工业标准，任何制造商都可以实现。
2. 简单性：通信协议结构简单，易于理解和实现。
3. 灵活性：支持多种通信方式和介质，如串行通信（RS-232/RS-485）、以太网等。

Modbus的通信方式

1. Modbus RTU：

• 基于串行通信（如RS-485）。
• 数据以二进制格式传输，效率较高。
• 使用CRC校验，确保数据传输的可靠性。

2. Modbus ASCII：

• 数据以ASCII字符格式传输，可读性较高，但效率相对较低。
• 使用LRC校验。

3. Modbus TCP/IP：

• 基于以太网通信。
• 不需要校验，因为TCP/IP本身提供了校验机制。
• 适用于现代化工业网络。

数据模型

Modbus使用一种简单的寄存器/位地址模型，主要包括：

1. 线圈（Coils）：

• 可读/可写的单个位，通常用于开关量。

2. 离散输入（Discrete Inputs）：

• 只读的单个位，通常用于传感器状态。

3. 保持寄存器（Holding Registers）：

• 可读/可写的16位寄存器，用于存储变量或设备参数。

4. 输入寄存器（Input Registers）：

• 只读的16位寄存器，通常用于测量值。

工作机制

1. 主从架构：

• 主设备（Master）发起通信请求。
• 从设备（Slave）接收请求并返回响应。

2. 功能码（Function Codes）：

主设备通过功能码决定操作类型，例如：

• 01: 读取线圈状态
• 03: 读取保持寄存器
• 06: 写单个保持寄存器
• 16: 写多个保持寄存器

3. 帧结构：
   每个Modbus通信帧包括以下部分：

• 地址域（Address）：标识从设备地址。
• 功能码（Function Code）：表示请求类型。
• 数据域（Data）：具体操作数据。
• 校验码（Checksum）：用于数据完整性验证。

应用场景

• 工业自动化控制（PLC、DCS、SCADA系统）。
• 智能仪表（温度传感器、压力传感器）。
• 电力系统（电表、保护装置）。
• 楼宇自动化（HVAC、照明控制）。

由于其简单性和可靠性，Modbus仍然是工业通信领域的主流协议之一，即便是在物联网（IoT）环境中也常见其应用。