什么是Modbus协议?

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Modbus协议是一种在工业自动化领域广泛应用的通信协议,它允许不同设备之间进行可靠的数据交换和控制。该协议最初由Modicon公司于1979年创建,旨在提供一种简单而有效的方法,使PLC(可编程逻辑控制器)和其他自动化设备能够相互通信。


一,设计架构和通信模式

Modbus协议采用主从架构,其中一个设备充当主站(Master),而其他设备则充当从站(Slave)。主站是负责发起通信和提出请求的设备,而从站是响应请求并执行相应操作的设备。主站可以与多个从站通信,通过设备地址来唯一标识每个从站。

通信主要通过请求--响应的模式进行。主站向从站发送请求,请求中包含了功能码,指示从站应该执行的具体操作。从站收到请求后,执行相应操作并将结果返回给主站。这种模式适用于读取和写入寄存器、线圈状态等不同类型的数据。

二,Modbus RTU 和 Modbus ASCII

Modbus RTU和Modbus ASCII是两种常见的物理层和数据帧格式,用于串行通信。它们的帧结构有一些差异,但基本概念相似。

Modbus RTU:

  • 使用二进制编码进行数据传输。

  • 帧起始于一个静默线路的时间,设备地址和功能码后是数据字段和CRC校验码。

  • CRC校验用于验证数据的完整性。

Modbus ASCII:

  • 使用ASCII字符编码进行数据传输。

  • 帧起始于一个冒号字符(":"),设备地址和功能码后是数据字段和LRC校验码。

  • LRC校验用于验证数据的完整性。


三,Modbus TCP

Modbus TCP是基于TCP/IP的变种,用于在以太网上进行通信。与串行通信不同,Modbus TCP帧不包含物理层帧结构,而是通过TCP连接传输。

Modbus TCP:

  • 采用标准的TCP/IP协议进行通信。

  • 帧包括事务标识、协议标识、长度字段、设备地址、功能码和数据字段。

  • 数据字段的长度和内容取决于执行的具体操作。

  • 不需要像RTU和ASCII那样的物理层帧结构。


四,寄存器和功能码

Modbus协议定义了多种类型的寄存器,用于存储和传输数据。其中包括输入寄存器(只读)、保持寄存器(读写)、线圈(开关状态)等。功能码指定了具体的操作类型,如读取寄存器、写入寄存器、读取线圈状态等。


五,错误处理和安全性

Modbus协议提供了基本的错误检测和处理机制,例如在Modbus RTU中使用CRC校验来验证数据完整性。然而,它相对简单,没有内建的加密和安全特性。在实际应用中,如果安全性是关键问题,通常需要在网络层面或应用层面采取额外的安全措施。


六,应用领域

Modbus协议在工业自动化中应用广泛,用于PLC、传感器、执行器、仪表等设备之间的通信。其开放性使得不同厂商的设备能够互联,实现设备间的集成与协作。Modbus协议的简单性和可靠性使其成为许多自动化系统的首选通信协议。

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