Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過modbus通信協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其他設(shè)備之間可以通信。modbus已經(jīng)成為一種通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了Modbus協(xié)議，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進行集中控制。（modbus概述相關(guān)文章推薦：Modbus協(xié)議分享之Modbus概述詳解）
Modbus協(xié)議定義了一個控制器能認(rèn)識并使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進行通信的，它描述了控制器請求訪問其他設(shè)備的過程，如何回應(yīng)來自其他設(shè)備的請求以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息的域和內(nèi)容的公共格式如圖1所示。
在Modbus網(wǎng)絡(luò)通信時，協(xié)議決定了每個控制器需要知道它們的設(shè)備地址，識別按照地址發(fā)來的消息，并決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要響應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其他網(wǎng)絡(luò)上通信時，包含了Modbus協(xié)議的消息要轉(zhuǎn)換為此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)進行傳輸。
標(biāo)準(zhǔn)的Modbus接口是使用RS－232C兼容串行接口通信協(xié)議，它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗，控制器能直接或經(jīng)由Modem組網(wǎng)。
控制器之間通信使用主－從技術(shù)，僅有主設(shè)備能初始化傳輸操作，其他設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。典型的主設(shè)備：主機和可編程儀表，典型的從設(shè)備：可編程控制器。
主－從技術(shù)原理框圖，如圖2所示。
查詢：查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的全部附加信息，例如，功能代碼03是要求從設(shè)備讀取保持寄存器并返回它們的內(nèi)容，數(shù)據(jù)段必須包含如下信息：從哪個寄存器開始讀以及要讀的寄存器數(shù)量。錯誤檢測域為從設(shè)備提供了一種驗證消息內(nèi)容是否正確的方法。
回應(yīng)：如果從設(shè)備產(chǎn)生一個正常的回應(yīng)，在回應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的響應(yīng)。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的數(shù)據(jù)，如寄存器值或狀態(tài)等。如果有錯誤發(fā)生，功能代碼將修改為用于指出回應(yīng)消息是錯誤的，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用。
下面介紹Modbus在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中主－從技術(shù)的應(yīng)用情況：
1、在單一Modbus網(wǎng)絡(luò)上傳輸 主設(shè)備可單獨和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通訊。如果單獨通信，從設(shè)備返回一條消息作為回應(yīng)；如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。Modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、錯誤檢測域。
從設(shè)備回應(yīng)消息也由Modbus協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù)和錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生錯誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立錯誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。
2、在其他網(wǎng)絡(luò)上傳輸 在其他網(wǎng)絡(luò)上，控制器之間使用對等技術(shù)通信，故任何控制器都能初始和其他控制器的通信。這樣在單獨的通信過程中，控制器既可作為主設(shè)備也可作為從設(shè)備。傳輸網(wǎng)絡(luò)提供的多個內(nèi)部通道可允許同時發(fā)生的多個傳輸進程執(zhí)行。
在消息位，Modbus協(xié)議仍提供了主－從原則，盡管網(wǎng)絡(luò)通信方法是“對等”，如果一個控制器發(fā)送一條消息，它只是作為主設(shè)備，并期望從從設(shè)備得到回應(yīng)。同樣，當(dāng)控制器接收到一條消息，它將建立一個從設(shè)備回應(yīng)格式并返回給發(fā)送該消息的控制器。
在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)中，控制器可以設(shè)置為RTU和ASCII兩種通訊模式中的任何一種，在配置控制器的時候用戶一旦選定某種模式（包括對應(yīng)的串口通信參數(shù)），那么在同一Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。
兩種不同的傳輸模式對應(yīng)的傳輸數(shù)據(jù)單元有不同的格式：
選定了的傳輸模式僅適用于標(biāo)準(zhǔn)的Modbus傳輸網(wǎng)絡(luò)，它定義了在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)南⒌拿恳蛔止?jié)消息段的意義，以及怎樣將消息進行打包和解析。
在其他網(wǎng)絡(luò)上，例如MAP或Modbus Plus，Modbus消息首先被轉(zhuǎn)換成與串行無關(guān)的消息幀，再進行傳輸。
RTU通信模式，在Modbus網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)南⒅忻總€8bit字節(jié)包含兩個4bit的十六進制數(shù)。這種傳輸方式的優(yōu)點是：同樣的串口波特率下，比ASCII模式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)更多。
代碼編碼：
?。?）8bit二進制數(shù)分為兩個4bit十六進制數(shù)0~9，A~F。
?。?）消息中每個8bit域都是由2個十六進制字符組成。
在RTU傳輸模式下，消息至少要以3.5個字符時間的停頓間隔開始發(fā)送。在網(wǎng)絡(luò)波特率多樣的字符時間下，這是很容易實現(xiàn)的，如下面示例中的T1－T2－T3－T4所示。傳輸?shù)牡谝粋€域是設(shè)備地址，可使用的傳輸字符是十六進制的0~9，A~F。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測網(wǎng)絡(luò)總線，包括停頓間隔時間在內(nèi)。當(dāng)接收到第一個傳輸字符之后，一個至少3.5個字符時間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束。新的消息發(fā)送可在此停頓后開始執(zhí)行。
RTU模式下，整個消息的傳輸必須作為一個連續(xù)的流進行。如果在傳輸完成之前有超過1.5個字符時間的停頓時間，接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個新消息的地址域。同樣地，如果一個新消息在小于3.5個字符時間內(nèi)接著前一個消息開始，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。這都將導(dǎo)致錯誤的產(chǎn)生，因為在最后CRC域的值不可能是正確的。典型的RTU消息幀見表1
ASCII通信模式，在Modbus網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)南⒅忻總€8bit字節(jié)作為兩個ASCII字符發(fā)送。這種傳輸方式的優(yōu)點是字符發(fā)送的間隔可以達(dá)到1s而不產(chǎn)生錯誤。
（1）8bit二進制數(shù)表示為兩個ASCII字符，0~9，A~F。
?。?）消息中每個ASCII字符都是一個十六進制字符組成。
在ASCII傳輸模式下，消息以冒號（：）字符（ASCII碼3AH）開始，以回車換行符結(jié)束（ASCII碼0DH，0AH）。
其他域可使用的傳輸字符是十六進制的0~9，A~F。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備不斷偵測“：”字符，當(dāng)有一個冒號接收到時，每個設(shè)備都解碼下個域（地址域）來判斷是否發(fā)給自己的。
消息中字符間發(fā)送的時間間隔最長不能超過1s，否則接收的設(shè)備將認(rèn)為傳輸錯誤。一個典型ASCII消息幀見表2所示
上述段落中，主要講述了Modbus的不同傳輸模式以及對應(yīng)傳輸模式的消息幀的典型構(gòu)成，從中可以發(fā)現(xiàn)，兩種傳輸模式在消息的起始端具有不同的特性，消息內(nèi)各域的編碼方式不同之外，沒有其他的區(qū)別。下面將統(tǒng)一進行消息內(nèi)各域的解析講解。
消息幀的地址包含兩個字符（ASCII）或8bits（RTU）。可能的從設(shè)備地址是0~247（十進制）。單個設(shè)備的地址范圍是1~247.主設(shè)備把要聯(lián)系的從設(shè)備的地址放入消息中的地址域，發(fā)送出去，選通從設(shè)備。當(dāng)從設(shè)備發(fā)送回應(yīng)消息時，它把自己的地址放入回應(yīng)的地址域中，以便主設(shè)備知道是哪一個從設(shè)備作出了回應(yīng)。
地址0是用作廣播地址，以使所有的從設(shè)備都能認(rèn)識。當(dāng)Modbus協(xié)議用于更高水準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)，可能是不允許廣播或以其他方式代替。
消息幀中的功能代碼域包含了兩個字符（ASCII）或8bits（RTU）?？赡艿拇a范圍是十進制的1~255.當(dāng)然，有些代碼是適用于所有控制器，有些是應(yīng)用于某種控制器，還有些保留以備后用。
當(dāng)消息從主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備時，功能代碼域?qū)⒏嬷畯脑O(shè)備需要執(zhí)行哪些行為。例如去讀取輸入的開關(guān)狀態(tài)，讀一組寄存器的數(shù)據(jù)內(nèi)容，讀從設(shè)備的診斷狀態(tài)，允許調(diào)入、記錄、校驗在從設(shè)備中的程序等。
當(dāng)從設(shè)備回應(yīng)時，它使用功能代碼域來指示是正?；貞?yīng)（無誤）還是產(chǎn)生某種錯誤（稱作異?；貞?yīng)）。對正?；貞?yīng)，從設(shè)備僅回應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。對異議回應(yīng)，從設(shè)備返回一等同于正常代碼的代碼，但最重要的位置為邏輯1.
例如：一由主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備的消息要求讀一組保持寄存器，將產(chǎn)生如下功能代碼：
00000011（十六進制 03H）
對正?；貞?yīng)，從設(shè)備僅回應(yīng)同樣的功能代碼。對異?；貞?yīng)，它返回：
10000011（十六進制83H）
除功能代碼因異議錯誤作了修改外，從設(shè)備將一獨特的代碼放到回應(yīng)消息的數(shù)據(jù)域中，以便告訴主設(shè)備發(fā)生了什么錯誤。
主設(shè)備應(yīng)用程序得到異常的回應(yīng)后，典型的處理過程是重發(fā)消息，或者診斷發(fā)給從設(shè)備的消息并報告給操作員。
據(jù)域是由兩個十六進制數(shù)集合構(gòu)成的，取值范圍00~FF。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸模式，這可以是由一對ASCII字符組成或由一RTU字符組成。
主設(shè)備發(fā)給從設(shè)備消息的數(shù)據(jù)域包含如下附加信息：從設(shè)備用于執(zhí)行由功能代碼所定義的功能所必需的參數(shù)，包括了寄存器地址、處理項的數(shù)目、域中實際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)等。
例如，如果主設(shè)備需要從設(shè)備讀取一組保持寄存器的數(shù)據(jù)（功能代碼03），數(shù)據(jù)域指定了起始寄存器以及要讀的寄存器數(shù)量。主設(shè)備要寫一組從設(shè)備的寄存器（功能代碼十六制10）數(shù)據(jù)域則指明了要寫的起始寄存器以及要寫的寄存器數(shù)量、數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)、要寫入寄存器的數(shù)據(jù)。
如果沒有錯誤發(fā)生，從設(shè)備返回的數(shù)據(jù)域包含請求的數(shù)據(jù)。如果有錯誤發(fā)生，此域包含了一個異常代碼，主設(shè)備應(yīng)用程序可以用來判斷以采取下一步行動。
在某種消息中數(shù)據(jù)域可以是不存在的（0長度）。例如，主設(shè)備要求從設(shè)備回應(yīng)通信事件記錄（功能代碼十六進制0B），從設(shè)備不需任何附加的信息。
標(biāo)準(zhǔn)的Modbus串行網(wǎng)絡(luò)采用兩種錯誤檢測方法。奇偶校驗對每個字符都可用，幀檢測（LRC或CRC）應(yīng)用于整個消息。它們都是在消息發(fā)送前由主設(shè)備產(chǎn)生的，從設(shè)備在接收過程中檢測每個字符和整個消息幀。
用戶要給主設(shè)備配置預(yù)定義的超時時間間隔，這個時間間隔要足夠長，以使所有從設(shè)備都能作出正常反應(yīng)。如果從設(shè)備檢測到傳輸錯誤，將不會接收消息，也不會向主設(shè)備作出回應(yīng)。這時，超時事件將觸發(fā)主設(shè)備來處理錯誤。發(fā)往不存在的從設(shè)備的地址也會產(chǎn)生超時。
今天的分享就到這里啦，EBYTE每一天都致力于更好的助力物聯(lián)化、智能化、自動化的發(fā)展，提升資源利用率，更多串口服務(wù)器、數(shù)傳電臺、lora無線模塊等產(chǎn)品更多資料，感興趣的小伙伴可以登錄我們的億佰特官網(wǎng)和企業(yè)公眾號（微信號：cdebyte）進行了解，也可以直接撥打400電話咨詢技術(shù)專員！
