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在當(dāng)下的工業(yè)控制領(lǐng)域，Modbus/TCP 協(xié)議作為一項(xiàng)自動(dòng)化領(lǐng)域的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，已然獲得極為廣泛的運(yùn)用。Modbus 協(xié)議屬于通用型通訊協(xié)議，它不僅對(duì)諸如 RS232、RS485 這類多種電氣接口予以支持，還支持以太網(wǎng)接口，從而讓控制器之間以及控制器與其他設(shè)備之間的通信變得簡(jiǎn)便且高效。Modbus 協(xié)議之所以能被廣泛應(yīng)用，主要?dú)w因于其具備開放性、標(biāo)準(zhǔn)性以及易用性等特性。
Modbus 協(xié)議最初是由施耐德電氣在 1979 年為實(shí)現(xiàn)可編程邏輯控制器（PLC）之間的通信而研發(fā)出來的，發(fā)展至今，它已成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議方面的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Modbus 協(xié)議屬于一種應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議，對(duì)多種電氣接口以及傳輸介質(zhì)都提供支持，涵蓋了 RS232、RS485 以及 TCP/IP 。
Modbus 協(xié)議采用主從式的通信模式，也就是由主設(shè)備主動(dòng)對(duì)從設(shè)備展開查詢以及操作。常見的主設(shè)備包含工控機(jī)以及工業(yè)控制器等，而從設(shè)備則包含 PLC 可編程控制器等。這種通信模式有效保障了數(shù)據(jù)傳輸過程的有序性與可靠性。
Modbus 協(xié)議的通信進(jìn)程涵蓋以下步驟：
主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)出請(qǐng)求：主設(shè)備主動(dòng)發(fā)起通信請(qǐng)求，向從設(shè)備發(fā)送攜帶特定指令的數(shù)據(jù)幀。
從設(shè)備解析并處理請(qǐng)求：從設(shè)備接收請(qǐng)求后，對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解析，進(jìn)而執(zhí)行相應(yīng)的操作。
從設(shè)備向主設(shè)備反饋結(jié)果：從設(shè)備將操作產(chǎn)生的結(jié)果或者數(shù)據(jù)反饋給主設(shè)備。
異常情況處理：倘若在處理過程中出現(xiàn)任何差錯(cuò)，從設(shè)備會(huì)返回一個(gè)異常功能碼，以此告知主設(shè)備通信失敗的具體緣由。
Modbus 協(xié)議是公開對(duì)外發(fā)布的，用戶能夠免費(fèi)使用，無需繳納許可證費(fèi)用。當(dāng)前，支持 Modbus 協(xié)議的廠家數(shù)量超過 400 家，支持 Modbus 的產(chǎn)品種類超過 600 種，正是這些因素促使 Modbus 協(xié)議成為工業(yè)控制領(lǐng)域的通用標(biāo)準(zhǔn)。
Modbus 協(xié)議對(duì)多種電氣接口予以支持，像 RS232、RS485 等，并且還能夠借助雙絞線、光纖、無線等多種介質(zhì)來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這種高度的靈活性，使得 Modbus 協(xié)議能夠適配各類工業(yè)環(huán)境以及應(yīng)用場(chǎng)景。
Modbus 協(xié)議的幀格式簡(jiǎn)潔、緊湊，易于理解和運(yùn)用。用戶能夠快速上手，廠商也能夠便捷地開發(fā)出支持 Modbus 協(xié)議的設(shè)備與系統(tǒng)。
Modbus 協(xié)議支持多種功能代碼，用于執(zhí)行不同的操作任務(wù)。這些功能代碼可劃分為位操作和字操作這兩類：
讀線圈狀態(tài)（01）：讀取從設(shè)備的線圈狀態(tài)情況。
讀離散輸入狀態(tài)（02）：獲取從設(shè)備的離散輸入狀態(tài)信息。
寫單個(gè)線圈（05）：對(duì)從設(shè)備的單個(gè)線圈實(shí)施寫操作。
寫多個(gè)線圈（15）：針對(duì)從設(shè)備的多個(gè)線圈進(jìn)行寫操作。
讀保持寄存器（03）：讀取從設(shè)備保持寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)。
寫單個(gè)寄存器（06）：對(duì)從設(shè)備的單個(gè)寄存器執(zhí)行寫操作。
寫多個(gè)保持寄存器（10）：對(duì)從設(shè)備的多個(gè)保持寄存器進(jìn)行寫操作。
理解 Modbus 協(xié)議的報(bào)文模型是達(dá)成有效通信的核心要點(diǎn)。在此需要知悉兩個(gè)縮略詞：
ADU（應(yīng)用數(shù)據(jù)單元）：包含完整的報(bào)文信息，其中涵蓋地址、功能碼、數(shù)據(jù)以及校驗(yàn)碼。
PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元）：僅包含功能碼和數(shù)據(jù)部分，不包含地址和校驗(yàn)碼。
Modbus 協(xié)議主要支持兩種傳輸模式：ASCII 模式和 RTU 模式。每種模式都具備各自的特點(diǎn)以及適用場(chǎng)景。
在 ASCII 模式下，報(bào)文中的每 8 位字節(jié)以兩個(gè) ASCII 字符的形式進(jìn)行發(fā)送。舉例來說，字節(jié) 0x5B 會(huì)被編碼成兩個(gè)字符：0x35 和 0x42（ASCII 編碼中 0x35 代表 “5”，0x42 代表 “B”）。這種模式的優(yōu)點(diǎn)在于便于調(diào)試和監(jiān)控，然而其傳輸效率相對(duì)較低。報(bào)文以冒號(hào)（：）作為起始標(biāo)志，以回車 - 換行（CRLF）作為結(jié)束標(biāo)志，設(shè)備通過識(shí)別這些特殊字符來判定幀的起始與結(jié)束位置。
RTU 模式是 Modbus 協(xié)議的另一種傳輸方式，每個(gè)報(bào)文中的每個(gè) 8 位字節(jié)包含兩個(gè) 4 位十六進(jìn)制字符。該模式的主要優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)密度較高，在相同的波特率條件下，比 ASCII 模式具備更高的傳輸效率。報(bào)文必須以連續(xù)的字符流形式進(jìn)行傳送，設(shè)備通過檢測(cè)字符流中的特定模式來識(shí)別幀的起始和結(jié)束。
隨著以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛普及，Modbus/TCP 協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。Modbus/TCP 協(xié)議是 Modbus 協(xié)議在以太網(wǎng)環(huán)境下的具體實(shí)現(xiàn)形式，它繼承了 Modbus 協(xié)議的簡(jiǎn)潔性和靈活性，同時(shí)充分利用了以太網(wǎng)的高速傳輸能力。Modbus/TCP 協(xié)議支持多種功能代碼，適用于工業(yè)自動(dòng)化、電力通訊、智能儀表等多個(gè)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)通信場(chǎng)景。
