什么是modbus通信協(xié)議？詳解分析

Modbus通信協(xié)議的歷史可以追溯到1979年，當(dāng)時(shí)Modicon公司(現(xiàn)在的施耐德電氣Schneider Electric)發(fā)明了這種通信協(xié)議，目的是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)提供一種通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和控制。在過(guò)去的幾十年里，Modbus協(xié)議已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最為流行的通信協(xié)議之一。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC、DCS、智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為它們之間的通信標(biāo)準(zhǔn)。截止到2007年，Modbus的節(jié)點(diǎn)安裝數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了1000萬(wàn)個(gè)，這表明該協(xié)議已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用和認(rèn)可。

Modbus協(xié)議最初是由Modicon公司開(kāi)發(fā)的，現(xiàn)在屬于施耐德電氣公司。它是一種應(yīng)用層協(xié)議，定義了一種通用的消息格式，使得不同的設(shè)備之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和控制。該協(xié)議支持不同的物理層，如RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)，因此可以應(yīng)用于不同的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)。

為了更好地普及和推動(dòng)Modbus在基于以太網(wǎng)上的分布式應(yīng)用，施耐德公司已將Modbus協(xié)議的所有權(quán)移交給IDA(Interface for Distributed Automation，分布式自動(dòng)化接口)組織，并成立了Modbus-IDA組織，為Modbus今后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在中國(guó)，Modbus已經(jīng)成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19582-2008。

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，Modbus協(xié)議的應(yīng)用場(chǎng)景也在不斷擴(kuò)大。未來(lái)，Modbus協(xié)議將繼續(xù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用，并且可能會(huì)與其他通信協(xié)議和新技術(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)更高效和智能的工業(yè)通信。

Modbus是一種一主一從的一對(duì)一通信方式，當(dāng)然也支持一主多從，但實(shí)際也是一對(duì)一通信，同一時(shí)刻只能有一個(gè)從機(jī)進(jìn)行響應(yīng)。如果需要和多個(gè)從機(jī)同時(shí)通信，這里也支持使用廣播，即主機(jī)發(fā)送指令，所有從機(jī)接收指令并執(zhí)行，但不進(jìn)行應(yīng)答。

Modbus協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請(qǐng)求訪(fǎng)問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程，如果回應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。

Modbus協(xié)議的通信形式有多種，包括RTU、ASCII、TCP和Plus等。RTU是一種遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)，一般是基于串口進(jìn)行通信，其報(bào)文格式是十六進(jìn)制的，由Slave ID+數(shù)據(jù)+CRC校驗(yàn)三部分組成。數(shù)據(jù)部分詳見(jiàn)上面報(bào)文解析，剩下的就是數(shù)據(jù)校驗(yàn)，這里用的是CRC校驗(yàn)(循環(huán)冗余校驗(yàn)，Cyclic Redundancy Check，簡(jiǎn)稱(chēng)CRC)。要注意的是，數(shù)據(jù)部分高位數(shù)據(jù)在前，低位數(shù)據(jù)在后，而CRC校驗(yàn)則是低位在前，高位在后。

Modbus數(shù)據(jù)幀格式

首先我們要知道一幀正常的MODBUS數(shù)據(jù)幀包含的內(nèi)容有：地址域 + 功能碼 + 數(shù)據(jù) + 差錯(cuò)校驗(yàn)，再者無(wú)論是上述哪種協(xié)議版本，Modbus幀格式都是一樣的：

主要包括：

1.地址域：即主站要訪(fǎng)問(wèn)的從站地址，其范圍0~247

2.功能碼：即主站想要對(duì)從站進(jìn)行何種操作。

3.數(shù)據(jù)：如果主站的請(qǐng)求是讀數(shù)據(jù)，那么該“數(shù)據(jù)”要包含的信息有：從哪里開(kāi)始讀數(shù)據(jù) + 讀多少數(shù)據(jù)。如果主站的請(qǐng)求是向從站寫(xiě)數(shù)據(jù)，那么該“數(shù)據(jù)”要包含的信息有：從哪里開(kāi)始寫(xiě)數(shù)據(jù) + 寫(xiě)多少個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù) + 要寫(xiě)的具體數(shù)據(jù)。

4.差錯(cuò)校驗(yàn)：為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，Modbus協(xié)議會(huì)在數(shù)據(jù)幀最后面加上兩個(gè)字節(jié)的差錯(cuò)校驗(yàn)。

Modbus通信協(xié)議是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的通信協(xié)議，它被用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和控制。以下是一些常見(jiàn)的Modbus協(xié)議應(yīng)用場(chǎng)景：

工業(yè)自動(dòng)化控制：Modbus被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，用于連接PLC、傳感器、執(zhí)行器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和控制。

智能家居：Modbus也可以應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)中，用于連接各種傳感器和執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)。

能源監(jiān)控：Modbus協(xié)議還可以用于能源監(jiān)控系統(tǒng)，連接電表、燃?xì)獗?、水表等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的采集和分析。

環(huán)境監(jiān)測(cè)：Modbus協(xié)議可以應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，連接各種傳感器和儀器，監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、氣壓等。

智能交通：Modbus也可以應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)中，用于連接交通控制設(shè)備、車(chē)輛檢測(cè)器等，實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)的控制和管理。