Modbus通訊協(xié)議是什么？詳解分析

工業(yè)控制已從單機(jī)控制走向集中監(jiān)控、集散控制，如今已進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，工業(yè)控制器連網(wǎng)也為網(wǎng)絡(luò)管理提供了方便。Modbus就是工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的一種。

丨Modbus通信協(xié)議簡(jiǎn)介

Modbus協(xié)議，首先從字面理解它包括Mod和Bus兩部分，首先它是一種bus，即總線協(xié)議，和I2C、SPI類似，總線就意味著有主機(jī)，有從機(jī)，這些設(shè)備在同一條總線上。

Modbus支持單主機(jī)，多個(gè)從機(jī)，最多支持247個(gè)從機(jī)設(shè)備。關(guān)于Mod，因?yàn)檫@種協(xié)議最早被用在PLC控制器中，準(zhǔn)確的說是Modicon公司的PLC控制器，這也是Mod-Bus名稱的由來。

后來Modicon被施耐德(Schneider)收購，Modbus協(xié)議廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制器、HMI和傳感器上，逐漸被其他廠商所接受，成為了一種主流的通訊協(xié)議，用于和外圍設(shè)備進(jìn)行通訊。

Modbus在7層OSI參考模型中屬于第七層應(yīng)用層，數(shù)據(jù)鏈路層有兩種：基于標(biāo)準(zhǔn)串口協(xié)議和TCP協(xié)議，物理層可使用3線232、2線485、4線422，或光纖、網(wǎng)線、無線等多種傳輸介質(zhì)。

Modbus協(xié)議是一種請(qǐng)求/應(yīng)答方式的交互過程，主機(jī)主動(dòng)發(fā)起通訊請(qǐng)求，從機(jī)響應(yīng)主機(jī)的請(qǐng)求，從機(jī)在沒有收到主機(jī)的請(qǐng)求時(shí)，不會(huì)主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，從機(jī)之間不會(huì)進(jìn)行通訊。

目前關(guān)于Modbus比較權(quán)威的官方標(biāo)準(zhǔn)文檔有兩個(gè)：

1.modbus_application_protocol_specification_v1.1b3.pdf

2.基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范 GB-T19582.1-2008.pdf

丨Modbus 通信協(xié)議特點(diǎn)

(1)標(biāo)準(zhǔn)、開放，用戶可以免費(fèi)、放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費(fèi)，也不會(huì)侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

(2)Modbus可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無線等。

(3)Modbus的幀格式簡(jiǎn)單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開發(fā)簡(jiǎn)單。

丨Modbus4種數(shù)據(jù)類型

Modbus協(xié)議規(guī)定，進(jìn)行讀寫操作的數(shù)據(jù)類型，按照讀寫屬性和類型可分為以下4種：

1.離散量輸入(Discretes Input )：1位，只讀

2.線圈(Coils)：1位，讀寫

3.輸入寄存器(Input Registers )：16位，只讀

4.保持寄存器(Holding Registers)：16位，讀寫

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)超過了1000萬個(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是一種基于串行通信的通信協(xié)議，旨在為工業(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。該協(xié)議最初由Modicon公司開發(fā)，現(xiàn)屬于施耐德電氣公司。Modbus協(xié)議是一種應(yīng)用層協(xié)議，它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)。

Modbus是一個(gè)主/從通信協(xié)議，提供功能碼規(guī)定的服務(wù)。互聯(lián)網(wǎng)組織使用TCP/IP棧上的保留系統(tǒng)端口502訪問Modbus。Modbus Plus是一種高速令牌傳遞網(wǎng)絡(luò)，Modbus的工作過程：

1. Modbus通信始于主站向從站發(fā)送查詢請(qǐng)求。

2. 從站接收到請(qǐng)求并解析請(qǐng)求內(nèi)容。

3. 從站根據(jù)請(qǐng)求內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)的操作(例如讀取寄存器或?qū)懭爰拇嫫?，并將響應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送回主站。

4. 主站接收到響應(yīng)數(shù)據(jù)并解析響應(yīng)內(nèi)容。

5. 主站處理響應(yīng)數(shù)據(jù)并根據(jù)需要發(fā)送更多的查詢請(qǐng)求。

6. 這個(gè)過程一直持續(xù)到通信完成或發(fā)生錯(cuò)誤。

MODBUS通訊協(xié)議是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中廣泛使用的一種串行通信協(xié)議。它由美國Modicon公司于1979年開發(fā)，現(xiàn)在已經(jīng)成為工業(yè)電子設(shè)備之間通信的標(biāo)準(zhǔn)。MODBUS協(xié)議支持主從結(jié)構(gòu)，允許多個(gè)設(shè)備通過串行線纜進(jìn)行通信。根據(jù)不同的傳輸方式和數(shù)據(jù)格式，MODBUS協(xié)議可以分為多種類型。

一、MODBUS RTU(MODBUS Real-time Unit)

MODBUS RTU是MODBUS協(xié)議的一種形式，它采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式進(jìn)行通信。在RTU模式下，數(shù)據(jù)幀中的每個(gè)字節(jié)之間沒有分隔符，字節(jié)之間通過停止位進(jìn)行區(qū)分。MODBUS RTU支持半雙工通信，即在一個(gè)方向上的數(shù)據(jù)傳輸完成后，需要切換到另一個(gè)方向進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。它適用于長(zhǎng)距離、低速率的通信場(chǎng)合。

二、MODBUS ASCII(MODBUS ASCII)

MODBUS ASCII是MODBUS協(xié)議的另一種形式，它采用ASCII字符格式進(jìn)行通信。在ASCII模式下，數(shù)據(jù)幀中的每個(gè)字節(jié)之間有一個(gè)分隔符，字節(jié)之間通過空格進(jìn)行區(qū)分。MODBUS ASCII支持半雙工通信，它適用于需要傳輸文本信息或者需要查看通信數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。

三、MODBUS TCP/IP(MODBUS over TCP/IP)

MODBUS TCP/IP是MODBUS協(xié)議在以太網(wǎng)上的實(shí)現(xiàn)，它采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。在TCP/IP模式下，MODBUS設(shè)備通過IP地址和端口號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，主機(jī)設(shè)備可以通過網(wǎng)絡(luò)接口與MODBUS設(shè)備進(jìn)行通信。MODBUS TCP/IP支持全雙工通信，即兩個(gè)方向上的數(shù)據(jù)傳輸可以同時(shí)進(jìn)行。它適用于需要遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控的場(chǎng)合。

四、MODBUS串行(MODBUS Serial)

MODBUS串行是MODBUS協(xié)議的基本形式，它采用串行線纜進(jìn)行通信。在串行模式下，數(shù)據(jù)幀中的每個(gè)字節(jié)之間有一個(gè)起始位和一個(gè)停止位，字節(jié)之間通過電平的跳變進(jìn)行區(qū)分。MODBUS串行支持半雙工通信，它適用于近距離、高速率的通信場(chǎng)合。根據(jù)傳輸線的類型和電平的不同，MODBUS串行可以分為多種不同的物理層接口，如RS-485、RS-422、RS-232等。

五、其他類型

除了上述四種類型外，還有一些其他類型的MODBUS協(xié)議。例如，MODBUS Plus是一種適用于以太網(wǎng)的MODBUS協(xié)議，它采用令牌環(huán)方式進(jìn)行通信;MODBUS ProfiNet是一種適用于工業(yè)以太網(wǎng)的MODBUS協(xié)議，它采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信;MODBUS-IDA是一種適用于工業(yè)自動(dòng)化的MODBUS協(xié)議，它支持多種不同的總線接口和數(shù)據(jù)格式。

六、總結(jié)

綜上所述，MODBUS通訊協(xié)議有多種類型，每種類型都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景和特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的需求選擇合適的協(xié)議類型和接口形式進(jìn)行通信。