Modbus通讯协议（一）——概述

一、简介

ModBus是Modicon公司为其PLC通讯而开发的一种通讯协议。如今Modicon公司已经被施耐德收购成为了施耐德旗下品牌。从1979年问世至今，已经成为工业通讯领域的业界标准，最初的ModBus仅支持串口，分为RTU和ACSII两种信号传输模式（一般基于RS485串口通信媒介）。而随着时代的变迁，ModBus新增了TCP版本，可以通过以太网进行通讯，此外ModBus还有一个Modicon专用的ModBus Plus版本。

和其他工业通信协议相比，ModBus主要的优点包括内容公开，无版权要求，不用支付额外的费用，硬件简单，容易部署。

ModBus采用半双工的通讯方式，由1个子站和多个从站组成，允许多个设备连接在同一个网络上进行通讯。

上述三类对应的物理层：

ModBus TCP，以太网，RJ45。

ModBus RTU/ASCII，异步串行通讯，RS232/485/422、光纤、无线

ModBus Plus，高速令牌传递网络，同轴电缆或光缆。

二、信号传输模式对比

A、RTU与ASCII

1、ModBus ASCII协议拥有开始和结束标记，ModBus RTU没有。

这就使得ASCII协议中对数据包的处理能够更加的方便。

例如：

ASCII协议中一个数据包之间的传输间隔可以高达1s（一般不超过1s，超过1s接收设备认为出错）。

RTU协议中规定每两个字节中之间发送或接收时间不得超过3.5倍的字符传输时间，否则超过这一规定时间则会认为是新帧的开始。

2、ASCII协议的可读性强、传输效率低。

由于ASCII协议传输的都是可见的ASCII字符，所以调试阶段会显得更加直观。

但是这同时也是它的缺点，可读性的增加带来的就是通讯传输效率低。例如传输1个十六进制数0xF9，ASCII就要传送“F”和“9”两个字符，其对应的ASCII码是0x46和0x39两个字节，而RTU只需要1个字节就可以完成传输。

而ModBus作为应用于工业领域的通信协议，面向的主要是技术工人和工程师，不需要很强的可读性，反而传输的数据量一般会比较大，所以在工业现场很少会采用ASCII协议。

3、校验程序不同

RTU采用CRC校验，而ASCII采用LRC校验。LRC校验程序相对CRC校验程序简单。两种校验方法会在后续文章中详细介绍。

用下表总结一下上述内容：

B、RTU与TCP

1、从机地址变得不在重要，多数情况可以忽略。从某种意义上来说从机地址被IP地址取代。

2、CRC校验不再重要，甚至可以忽略。由于TCP数据包中已经存在校验，是可靠的数据传输网络，故不再有校验数据。

3、TCP与RTU的PDU（协议数据单元）与RTU非常类似,少了地址码与CRC码，TCP多了一个报文头。其中的详细情况后续文章会继续介绍。

C、ModBus Plus

大家想象一下这种情况：

如果从站有紧急事项需要主站来服务，可是MODBUS规定了轮询规则，等到自己的时候，可能会太迟了。于是许多现场总线就发明了一个特殊的东西，叫做令牌。令牌很短，只有一个字节，它可以很快地在总线上传递。令牌在各站点中传递，谁拿到令牌，谁就是主站，就可以发布信息。如果本站没有事情需要发布，就把令牌交给下一个站点，由此解决了总线占用问题。

ModBus Plus正是这样的现场总线，网上的节点均为对等逻辑关系，通过获得令牌来传递网络信息。网络中的每一个节点均分配有一个惟一的地址，一个节点拥有令牌就可以与所选的目标进行信息传递，或与网络上所有节点交换信息。

D、ModBus 功能码表

下表是ModBus所有的功能码，之后的文章会选取常用的功能码，结合实际报文进行讲解。