一文讀懂ModBus通信協(xié)議簡介

　　ModBus網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)工業(yè)通信系統(tǒng)，由帶智能終端的可編程序控制器和計(jì)算機(jī)通過公用線路或局部專用線路連接而成。

　　其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既包括硬件、亦包括軟件，可應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控。

　　Modbus之所以使用廣泛，是有他的優(yōu)點(diǎn)的，Modbus協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開放、公開發(fā)表且無版權(quán)要求。

 

　　Modbus協(xié)議支持多種電氣接口，包括RS232、RS485、TCP/IP等，還可以在各種介質(zhì)上傳輸，如雙絞線、光纖、紅外、無線等。Modbus協(xié)議消息幀格式簡單、緊湊、通俗易懂。用戶理解和使用簡單，廠商容易開發(fā)和集成，方便形成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。

　　ModBus網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)主機(jī)，所有通信都由他發(fā)出。網(wǎng)絡(luò)可支持247個(gè)之多的遠(yuǎn)程從屬控制器，但實(shí)際所支持的從機(jī)數(shù)要由所用通信設(shè)備決定。

　　采用這個(gè)系統(tǒng)，各PC可以和中心主機(jī)交換信息而不影響各PC執(zhí)行本身的控制任務(wù)。Modbus是一主多從的通信協(xié)議，通信過程為：

　　Modbus通信中只有一個(gè)設(shè)備可以發(fā)送請(qǐng)求。其他從設(shè)備接收主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)來進(jìn)行響應(yīng)，從機(jī)是任何外圍設(shè)備，如I/O傳感器，閥門，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器，或其他測(cè)量類型的設(shè)備。從站處理信息和使用Modbus將其數(shù)據(jù)發(fā)送給主站。

　　也就是說，不能Modbus同步進(jìn)行通信，主機(jī)在同一時(shí)間內(nèi)只能向一個(gè)從機(jī)發(fā)送請(qǐng)求，總線上每次只有一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，即主機(jī)發(fā)送，從機(jī)應(yīng)答，主機(jī)不發(fā)送，總線上就沒有數(shù)據(jù)通信。

　　從機(jī)不會(huì)自己發(fā)送消息給主站，只能回復(fù)從主機(jī)發(fā)送的消息請(qǐng)求。Modbus并沒有忙機(jī)制判斷，比方說主機(jī)給從機(jī)發(fā)送命令， 從機(jī)沒有收到或者正在處理其他東西，這時(shí)候就不能響應(yīng)主機(jī)，因?yàn)閙odbus的總線只是傳輸數(shù)據(jù)，沒有其他仲裁機(jī)制，所以需要通過軟件的方式來判斷是否正常接收。

　　Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP等，并沒有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認(rèn)識(shí)和使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。

　　協(xié)議類型

　　在上面我們已經(jīng)說明了Modbus可以在各種介質(zhì)上傳輸，包括ASCII、RTU(遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng))、TCP三種報(bào)文類型。

　　串行端口存在多個(gè)版本的Modbus協(xié)議，而最常見的是下面四種：Modbus-Rtu，Modbus-Ascii，Modbus-Tcp，ModbusPlus。Modbus RTU是一種緊湊的，十六進(jìn)制表示數(shù)據(jù)的方式，Modbus ASCII是一種采用Ascii碼表示數(shù)據(jù)，并且每個(gè)8Bit 字節(jié)都作為兩個(gè)ASCII字符發(fā)送的表示方式。RTU格式后續(xù)的命令/數(shù)據(jù)帶有循環(huán)冗余校驗(yàn)的校驗(yàn)和，而ASCII格式采用縱向冗余校驗(yàn)的校驗(yàn)和。

　　Modbus協(xié)議使用串口傳輸時(shí)可以選擇RTU或ASCII模式，并規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、命令和應(yīng)答方式并需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。ASCII 模式采用LRC校驗(yàn)，RTU模式采用16 位CRC校驗(yàn)。通過以太網(wǎng)傳輸時(shí)使用TCP，這種模式不使用校驗(yàn)，因?yàn)門CP協(xié)議是一個(gè)面向連接的可靠協(xié)議。

　　標(biāo)準(zhǔn)的Modicon控制器使用RS232C實(shí)現(xiàn)串行的Modbus。

　　Modbus的ASCII、RTU協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和就答的方式，數(shù)據(jù)通訊采用Maser/Slave方式，Master端發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求消息，Slave端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到Master端以響應(yīng)請(qǐng)求;

　　Master端也可以直接發(fā)消息修改Slave端的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫。

　　Modbus協(xié)議需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，串行協(xié)議中除有奇偶校驗(yàn)外，ASCII模式采用LRC校驗(yàn)，RTU模式采用16位CRC校驗(yàn)，但TCP模式?jīng)]有額外規(guī)定校驗(yàn)，因?yàn)門CP協(xié)議是一個(gè)面向連接的可靠協(xié)議。

　　另外，Modbus采用主從方式定時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，在實(shí)際使用中如果某Slave站點(diǎn)斷開后(如故障或關(guān)機(jī))，Master端可以診斷出來，而當(dāng)故障修復(fù)后，網(wǎng)絡(luò)又可自動(dòng)接通。

　　Modbus協(xié)議的可靠性較好。對(duì)于Modbus的ASCII、RTU和TCP協(xié)議來說，其中TCP和RTU協(xié)議非常類似，只要把RTU協(xié)議的兩個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)碼去掉，在RTU協(xié)議的開始加上5個(gè)0和一個(gè)6并通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送出去即可。