Modbus協議是一種開放式的工業通訊協議，最初由Modicon公司（現施耐德電氣Schneider Electric）于1979年開發，廣泛應用于工業現場設備之間的數據通訊，尤其適用于PLC（可編程邏輯控制器）與現場儀表、傳感器、執行機構之間的數據交換。

一、Modbus協議的定義

Modbus協議是一種主從式（Master/Slave）的通信協議，主設備負責發起通信請求，從設備則對請求進行響應。其核心思想是采用統一的消息結構，通過請求-應答機制，實現不同設備之間的數據交互與控制功能。

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二、Modbus協議的特點

Modbus協議在工業通信領域有著廣泛的應用，主要具有以下特點：

1. 簡單性與開放性：

• 協議結構簡單，易于實現和維護；
• 協議為開放標準，不受版權限制，設備廠家廣泛支持。

2. 主從式通信：

• 主設備主動發起通信，從設備被動響應；
• 一個主設備可同時連接多個從設備（單主多從模式）；
• 從設備之間不能直接通信，只能通過主設備進行數據交換。

3. 多種通信模式：

• RTU模式（Remote Terminal Unit）：采用二進制數據編碼，緊湊、高效，廣泛用于串口通訊；
• ASCII模式：使用ASCII字符編碼，便于人類閱讀，便于調試，但效率較RTU低；
• TCP/IP模式：通過網絡進行傳輸，數據封裝于TCP幀中，適用于遠程數據通訊及網絡控制場合。

4. 數據訪問方式明確：

• Modbus將數據分為四種基本類型：

  • 離散輸入（Discrete Input）：只讀單比特量（例如傳感器狀態）。
  • 線圈（Coil）：可讀寫單比特量（例如開關控制）。
  • 輸入寄存器（Input Register）：只讀16位數值（例如溫度傳感器的測量值）。
  • 保持寄存器（Holding Register）：可讀寫16位數值（例如設定值或輸出數據）。

5. 靈活的地址分配：

• 每個從設備均有唯一的設備地址，范圍為1～247；
• 數據以寄存器和線圈地址的方式訪問，便于數據集中管理。

6. 廣泛的兼容性和擴展性：

• 支持多種物理層接口，包括RS-232、RS-422、RS-485和以太網；
• 易于與其他協議和系統集成，工業自動化中廣泛采用。

7. 較高的可靠性：

• 采用CRC（循環冗余校驗）進行差錯檢測，保證數據傳輸的可靠性；
• RTU模式通信的幀結構緊湊，有效提高了通信的效率和可靠性。

8. 低成本實現：

• Modbus協議本身簡單清晰，容易實現，不需要復雜硬件和昂貴的軟件投入，適用于資源受限的工業現場設備。

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三、Modbus協議的通信幀結構示例（RTU模式）

以RTU模式為例，通信幀通常包含以下部分：

設備地址（1字節）	功能碼（1字節）	數據區（N字節）	CRC校驗（2字節）
從機設備標識	請求或響應的類型	數據內容	用于錯誤檢測

• 設備地址：識別通信目標設備；
• 功能碼：決定數據的具體操作（例如讀、寫）；
• 數據區：傳輸的數據內容；
• CRC校驗：驗證傳輸數據的完整性和正確性。

例如：
主機請求從機1讀取起始地址為100的2個保持寄存器（功能碼03）的報文（十六進制）：

01 03 00 64 00 02 CRC_L CRC_H

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四、典型應用場景

• 工業自動化控制系統（例如PLC、DCS之間的數據交換）；
• 樓宇自動化和能源管理系統（例如空調系統、照明控制）；
• 環境監控設備（例如溫濕度傳感器、氣體檢測儀）；
• 電力系統（例如電表、功率測量設備）；
• 工業設備遠程監測與控制系統（例如遠程泵站、水處理系統）；

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