1、Modbus通信协议简介

Modbus是一种串行通信协议，由Modicon公司（现為施耐德电气）于1979年发布，用于使用可编程逻辑控制器（PLC）进行通信。Modbus已经成為工业领域（事实上）通信协议的行业标准，现在是工业电子设备之间的一种常见连接方式。通过该协议，控制器可以通过网络（如以太网）相互通信以及与其他设备通信。它已成為通用的工业标准。通过它，不同制造商生产的控制设备可以连接到工业网络中进行集中监控。

该协议定义了控制器可以识别的消息结构，無论控制器通过什么网络进行通信。它描述了控制器请求访问其他设备的过程，如何响应来自其他设备的请求，以及如何检测和记录错误。它建立了消息域模式和内容的通用格式。

当在MODBUS网络上通信时，该协议确定每个控制器必须知道其设备地址，识别该地址发送的消息，并决定要生成的操作。如果需要响应，控制器将生成反馈消息，并使用Modbus协议发送。在其他网络上，包含Modbus协议的消息被转换為该网络上使用的帧或数据包结构。该转换还扩展了根据特定网络求解节点地址、路由路径和错误检测的方法。

Modbus协议是一种应用层消息传输协议，包括ASCII、RTU和TCP。

标准Modbus协议物理层接口包括RS232、RS422、RS485和以太网接口，它们以主/從模式进行通信。

该协议在通信线路上使用应答连接（半双工），这意味着信号在单独的通信线路上以两个相反的方向传输。首先，主机的信号被发送到终端设备（從机），然后终端设备向相反方向发送的响应信号被发送到主机。该协议只允许主机与终端设备之间进行数据交换，不允许独立设备之间进行数据交换，在初始化时不占用通信线路，只响应到达本地机器的查询信号。

1.1Modbus网络上的传输

标准MODBUS端口使用RS-232C兼容串行接口，该接口定义连接端口的引脚、电缆、信号位、传输波特率和奇偶校验。控制器可以直接或通过调制解调器联网。

控制器通信采用主從技术，即只有一个设备（主设备）可以初始化传输（查询），其他设备（從设备）根据主设备提供的数据做出相应的响应。典型主要设备：主机和可编程仪表。典型的從设备：可编程控制器

主设备可以单独与從设备通信，也可以通过广播与所有從设备通信。如果单独通信，则從设备返回消息作為响应；如果查询是广播的，则不会做出响应。Modbus协议建立主设备查询的格式：

设备（或广播）地址、功能代码、要发送的所有数据、错误检测字段

從设备响应消息也由Modbus协议组成，包括确认要操作的域、要返回的任何数据和错误检测域。如果在消息接收期间发生错误，或者從设备無法执行其命令，则從设备将建立错误消息并将其作為响应发送。

1.2其他类型网络上的传输

在其他网络中，控制器使用对等技术进行通信，因此任何控件最初都可以与其他控制器通信。这样，在单独的通信过程中，控制器可以用作主设备或從设备。提供多个内部通道以允许同时传输过程。

在消息位中，Modbus协议仍然提供主從原则，尽管网络通信方式為“对等”。如果控制器发送一条消息，它将充当主控制器，并期望從控制器得到响应。类似地，当控制器接收到消息时，它将建立從设备响应格式并将其返回给发送控制器。

1.3查询响应周期

1-200519120U2301。巴布亚新几内亚

1.3.1查询

查询消息中的功能代码通知所选從属设备要执行的功能。数据段包含关于從设备要执行的功能的任何附加信息。例如，功能代码03要求從设备读取保持寄存器并返回其内容。数据段必须包含告知從设备的信息：從哪个寄存器读取以及要读取的寄存器数量。错误检查代码為從属设备提供了验证消息内容是否正确的方法。

1.3.2答复

如果设备生成正常响应，则响应消息中的功能代码是查询消息中功能代码的响应。数据段包含從设备收集的数据，如寄存器值或状态。如果发生错误，将修改功能代码以指示响应消息為错误，并且数据段包含描述错误消息的代码。错误检查代码允许主机确认消息内容是否可用。

2、两种传输模式

控制器可设置為两种传输模式（ASCII或RTU）中的任何一种，以便在标准MODBUS网络上进行通信。用户选择所需模式，包括串行端口通信参数（波特率、验证模式等）。配置每个控制器时，MODBUS网络上的所有设备必须选择相同的传输模式和串行端口参数。

文字模式

RTU模式

所选ASCII或RTU模式仅适用于标准MODBUS网络。它定义在这些网络上连续传输的消息段的每一位，并确定如何将信息打包到消息域中以及如何解码。在其他网络（如map和ModbusPlus）上，Modbus消息被转换為独立于串行传输的帧。

2.1ASCII模式

当控制器设置為在Modbus网络上以ASCII（美国标准信息交换代码）模式通信时，消息中的每个8位字节将作為两个ASCII字符发送。这种方法的主要优点是字符传输的时间间隔可以达到1秒而没有错误。

2.1.1编码系统

十六进制，ASCII字符09，A。。F

消息中的每个ASCII字符由一个十六进制字符组成

2.1.2位/字节

起始位1

7个数据位，首先发送最小有效位

1奇偶校验位，無奇偶校验

1位停止位（带验证），2位停止位（不带验证）

2.1.3错误检测域

LRC（纵向检测）

2.2RTU模式

当控制器设置為在Modbus网络上以RTU（远程终端装置）模式通信时，消息中的每个8位字节包含两个4位十六进制字符。这种方法的主要优点是，在相同的波特率下，它可以传输比ASCII模式更多的数据。

2.2.1编码系统

8位二进制，十六进制数字0.9，A。。F

消息中的每个8位字段由两个十六进制字符组成

2.2.2位/字节

起始位1

8个数据位，首先发送最小有效位

1奇偶校验位，無奇偶校验

1位停止位（带验证），2位停止位（不带验证）

2.2.3错误检测域

循环冗余检测（CRC）