什么是Modbus
Modbus是一种应用层协议，广泛用于工业自动化领域，特别是用于电子设备之间的通信。它最初由Modicon公司（现在的施耐德电气）在1979年开发，目的是为了简化不同设备之间的数据交换。Modbus协议支持多种通信方式，包括串行通信和以太网通信，使其在工业环境中非常灵活和通用。
Modbus特点
以其简单性、灵活性和可靠性为特点。它支持多种通信模式，如RTU、ASCII和TCP/IP，允许设备间高效地进行数据交换。Modbus协议通过规定严格的数据帧结构、地址分配和应答机制，确保了通信的准确性和实时性。
Modbus RTU和Modbus TCP
Modbus有两种主要的传输模式：Modbus RTU（Remote Terminal Unit）和Modbus TCP（Transmission Control Protocol）。
Modbus RTU特点
以RS-485或RS-232作为其物理层实现。它使用总线式拓扑结构，允许多个设备共享同一通信线路，实现成本效益和简单的布线需求。Modbus RTU的数据传输采用二进制编码，每个数据帧包含地址码、功能码、数据和校验码，通过CRC校验确保数据的准确性。这种协议特别适合于短距离通信和成本敏感的应用场景。
Modbus TCP特点
在以太网环境下的实现，它利用TCP/IP协议栈进行数据传输，支持复杂的网络拓扑和大规模的设备集成。Modbus TCP通过IP地址来识别和通信，使得设备间的连接更加灵活和广泛。由于基于TCP，它能够提供更大的数据包传输能力，同时确保数据传输的可靠性和顺序性。Modbus TCP适用于需要高数据吞吐量、长距离通信或与现有IT网络基础设施集成的工业应用。
Modbus通讯特点
两种通讯模式 ：单播模式 —— 主设备通过专门的地址访问从设备，从设备处理请求，然后向主设备发送应答。广播模式 —— 主设备通过地址 0 访问所有从设备，在这种模式下，从设备不对广播消息作出应答
应答时间,典型值 < 10 ms ：Modbus协议规定了主设备（Master）和从设备（Slave）之间的应答时间。主设备发送请求后，从设备需要在规定时间内响应，以保证通信的实时性。典型值 < 10 ms （90% 的信息交换）最大值大约是 700 ms，建议在发送完一个 Modbus 请求后暂停 1 秒钟再继续。
数据交换,两种数据类型 ：Modbus协议定义了一套数据交换规则，包括数据的读取、写入和诊断等操作。这些操作通过功能码来区分，每个功能码对应不同的操作。协议支持两种数据类型：单个位和寄存器（16 位）
16 位地址 ：Modbus协议使用地址来区分不同的从设备。每个从设备都有一个唯一的地址，主设备通过这个地址来选择与之通信的从设备。使用 Modbus 协议交换的消息包含要处理的数据的地址。每个寄存器都有一个寄存器编号，每类数据（位或寄存器）都有一个 16 位的地址。
帧(4 个域) ：Modbus通信的基本单位是帧。一个Modbus帧包括起始位、地址码、功能码、数据、校验码和结束位。这种结构保证了数据的完整性和错误检测。使用 Modbus 协议交换的所有帧（ADU）最大为 256 字节（ASCII 格式翻倍），其中包括 4 个域：
支持Modbus常见设备
以下是一些常见的支持Modbus RTU和Modbus TCP的设备类型：
1. PLC（可编程逻辑控制器） ：许多品牌的PLC，如西门子、施耐德、三菱电机等，都支持Modbus协议，可以通过Modbu.RTU或Modbu.TCP进行通信。
2. DCS（分布式控制系统） ：在一些工业自动化系统中，DCS可能会使用Modbus协议来与其他设备进行通信。
3. 传感器 ：包括温度、压力、流量等各种类型的传感器，它们可以通过Modbu.RTU将测量数据发送给控制系统。
4. 执行器 ：如阀门定位器、电机驱动器等，它们可以使用Modbus协议接收控制命令。
5. HMI（人机界面） ：一些HMI设备支持Modbus协议，用于显示和控制工业过程。
6. 变频器 ：许多变频器支持Modbus协议，允许远程监控和控制电机速度。
7. 仪表 ：如电力仪表、流量计等，它们可以利用Modbus协议将测量数据传输到数据采集系统。
8. 数据采集系统（DAS） ：用于收集和记录来自各种传感器和设备的数据，常通过Modbus协议与这些设备通信。
9. 智能控制器 ：一些智能控制器和网关设备支持Modbus协议，用于工业自动化和物联网（IoT）应用。
10. SCADA（监控控制与数据采集）系统 ：SCADA系统通常使用Modbus协议来集成和监控各种工业设备。
Modbus网络布线
在Modbus通信协议中，布线方式主要分为两种：Modbus RTU的布线和Modbus TCP的布线。在标准的 Modbus 网络中，有 1 个主设备和最多 31 个从设备。
Modbus RTU布线
Modbus RTU使用串行通信，通常使用RS-232或RS-485接口。
1. RS-232 ：这是一种点对点的通信方式，每个设备都需要单独的串行线连接到主控器。它使用9针或25针的D-sub连接器，但通常只用到其中的少数几个引脚，如TX（发送）、RX（接收）、GND（地线）。
2. RS-485 ：这是一种多点通信方式，允许多个设备共享同一对双绞线。RS-485使用一对双绞线（通常标记为A和B），并使用终端电阻来匹配线路。每个设备都有一个数据发送器（TX）和数据接收器（RX）引脚，以及一个公共地线（GND）。
Modbus TCP布线
Modbus TCP/IP使用标准的以太网通信
1. 以太网电缆 ：Modbus TCP/IP使用标准的以太网电缆（如Cat5e、Cat6等），通常使用8针的RJ45连接器。这种电缆可以支持多个设备在同一网络中通信。
2. 网络设备 ：除了终端设备外，Modbus TCP/IP网络可能还需要交换机、路由器等网络设备来扩展网络范围或进行网络管理。
3. IP地址 ：每个设备在网络中都需要一个唯一的IP地址，这可以通过DHCP服务器自动分配，也可以手动设置。
随着技术的进步和工业4.0概念的普及，Modbus协议也在不断地发展和完善。它正在与物联网、云计算等新兴技术融合，以实现更高层次的设备互联和智能化管理。可以预见，在未来的工业自动化领域，Modbus协议将继续扮演着不可或缺的角色，推动着工业控制系统向更高效、更智能的方向发展。
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