Modbus協議是一種在工業自動化領域廣泛應用的通信協議，它允許不同設備之間進行可靠的數據交換和控制。該協議最初由Modicon公司于1979年創建，旨在提供一種簡單而有效的方法，使PLC（可編程邏輯控制器）和其他自動化設備能夠相互通信。

一，設計架構和通信模式

Modbus協議采用主從架構，其中一個設備充當主站（Master），而其他設備則充當從站（Slave）。主站是負責發起通信和提出請求的設備，而從站是響應請求并執行相應操作的設備。主站可以與多個從站通信，通過設備地址來唯一標識每個從站。通信主要通過請求--響應的模式進行。主站向從站發送請求，請求中包含了功能碼，指示從站應該執行的具體操作。從站收到請求后，執行相應操作并將結果返回給主站。這種模式適用于讀取和寫入寄存器、線圈狀態等不同類型的數據。

二，Modbus RTU 和 Modbus ASCII

Modbus RTU和Modbus ASCII是兩種常見的物理層和數據幀格式，用于串行通信。它們的幀結構有一些差異，但基本概念相似。

Modbus RTU：

使用二進制編碼進行數據傳輸。

幀起始于一個靜默線路的時間，設備地址和功能碼后是數據字段和CRC校驗碼。

CRC校驗用于驗證數據的完整性。

Modbus ASCII：

使用ASCII字符編碼進行數據傳輸。

幀起始于一個冒號字符（":"），設備地址和功能碼后是數據字段和LRC校驗碼。

LRC校驗用于驗證數據的完整性。

三，Modbus TCP

Modbus TCP是基于TCP/IP的變種，用于在以太網上進行通信。與串行通信不同，Modbus TCP幀不包含物理層幀結構，而是通過TCP連接傳輸。

Modbus TCP：

采用標準的TCP/IP協議進行通信。

幀包括事務標識、協議標識、長度字段、設備地址、功能碼和數據字段。

數據字段的長度和內容取決于執行的具體操作。

不需要像RTU和ASCII那樣的物理層幀結構。

四，寄存器和功能碼

Modbus協議定義了多種類型的寄存器，用于存儲和傳輸數據。其中包括輸入寄存器（只讀）、保持寄存器（讀寫）、線圈（開關狀態）等。功能碼指定了具體的操作類型，如讀取寄存器、寫入寄存器、讀取線圈狀態等。

五，錯誤處理和安全性

Modbus協議提供了基本的錯誤檢測和處理機制，例如在Modbus RTU中使用CRC校驗來驗證數據完整性。然而，它相對簡單，沒有內建的加密和安全特性。在實際應用中，如果安全性是關鍵問題，通常需要在網絡層面或應用層面采取額外的安全措施。

六，應用領域

Modbus協議在工業自動化中應用廣泛，用于PLC、傳感器、執行器、儀表等設備之間的通信。其開放性使得不同廠商的設備能夠互聯，實現設備間的集成與協作。Modbus協議的簡單性和可靠性使其成為許多自動化系統的首選通信協議。