Modbus通訊協(xié)議

發(fā)布者：虹潤集團

Modbus是一種串行通信協(xié)議，是Modicon公司（現(xiàn)在的施耐德電氣 Schneider Electric）于1979年為使用可編程邏輯控制器（PLC）通信而發(fā)表。Modbus已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)（De facto），并且現(xiàn)在是工業(yè)電子設(shè)備之間常用的連接方式。

中文名 Modbus通訊協(xié)議外文名 Modbus protocol 發(fā)明時間 1979年

定義一個工業(yè)通信系統(tǒng) 連接組成帶智能終端通過公用線路連接

簡介

Modbus是一種串行通信協(xié)議，是Modicon公司（現(xiàn)在的施耐德電氣Schneider Electric）于1979年為使用可編程邏輯控制器（PLC）通信而發(fā)表。Modbus已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)（De facto），并且現(xiàn)在是工業(yè)電子設(shè)備之間常用的連接方式。^[1]Modbus比其他通信協(xié)議使用的更廣泛的主要原因有：

公開發(fā)表并且無版權(quán)要求
易于部署和維護
對供應(yīng)商來說，修改移動本地的比特或字節(jié)沒有很多限制

Modbus允許多個 (大約240個) 設(shè)備連接在同一個網(wǎng)絡(luò)上進行通信，舉個例子，一個測量溫度和濕度的裝置，并且將結(jié)果發(fā)送給計算機。在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）中，Modbus通常用來連接監(jiān)控計算機和遠程終端控制系統(tǒng)（RTU）。

協(xié)議版本

Modbus協(xié)議目前存在用于串口、以太網(wǎng)以及其他支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)的版本。

大多數(shù)Modbus設(shè)備通信通過串口EIA-485物理層進行。

對于串行連接，存在兩個變種，它們在數(shù)值數(shù)據(jù)表示不同和協(xié)議細節(jié)上略有不同。Modbus RTU是一種緊湊的，采用二進制表示數(shù)據(jù)的方式，Modbus ASCII是一種人類可讀的，冗長的表示方式。這兩個變種都使用串行通信（serial communication）方式。RTU格式后續(xù)的命令/數(shù)據(jù)帶有循環(huán)冗余校驗的校驗和，而ASCII格式采用縱向冗余校驗的校驗和。被配置為RTU變種的節(jié)點不會和設(shè)置為ASCII變種的節(jié)點通信，反之亦然。

對于通過TCP/IP（例如以太網(wǎng)）的連接，存在多個Modbus/TCP變種，這種方式不需要校驗和計算。

對于所有的這三種通信協(xié)議在數(shù)據(jù)模型和功能調(diào)用上都是相同的，只有封裝方式是不同的。

Modbus有一個擴展版本Modbus Plus（Modbus+或者MB+），不過此協(xié)議是Modicon專有的，和Modbus不同。它需要一個專門的協(xié)處理器來處理類似HDLC的高速令牌旋轉(zhuǎn)。它使用1Mbit/s的雙絞線，并且每個節(jié)點都有轉(zhuǎn)換隔離裝置，是一種采用轉(zhuǎn)換/邊緣觸發(fā)而不是電壓/水平觸發(fā)的裝置。連接Modbus Plus到計算機需要特別的接口，通常是支持ISA（SA85），PCI或者PMCIA總線的板卡。

通信和設(shè)備

Modbus協(xié)議是一個master/slave架構(gòu)的協(xié)議。有一個節(jié)點是master節(jié)點，其他使用Modbus協(xié)議參與通信的節(jié)點是slave節(jié)點。每一個slave設(shè)備都有一個唯一的地址。在串行和MB+網(wǎng)絡(luò)中，只有被指定為主節(jié)點的節(jié)點可以啟動一個命令（在以太網(wǎng)上，任何一個設(shè)備都能發(fā)送一個Modbus命令，但是通常也只有一個主節(jié)點設(shè)備啟動指令）。

一個ModBus命令包含了打算執(zhí)行的設(shè)備的Modbus地址。所有設(shè)備都會收到命令，但只有指定位置的設(shè)備會執(zhí)行及回應(yīng)指令（地址0例外，指定地址0的指令是廣播指令，所有收到指令的設(shè)備都會運行，不過不回應(yīng)指令）。所有的Modbus命令包含了檢查碼，以確定到達的命令沒有被破壞?；镜腗odBus命令能指令一個RTU改變它的寄存器的某個值，控制或者讀取一個I/O端口，以及指揮設(shè)備回送一個或者多個其寄存器中的數(shù)據(jù)。

有許多modems和網(wǎng)關(guān)支持Modbus協(xié)議，因為Modbus協(xié)議很簡單而且容易復(fù)制。它們當(dāng)中一些為這個協(xié)議特別設(shè)計的。有使用有線、無線通信甚至短消息和GPRS的不同實現(xiàn)。不過設(shè)計者需要克服一些包括高延遲和時序的問題。

實現(xiàn)

幾乎所有的實現(xiàn)都是官方標(biāo)準(zhǔn)的某種變體。不同的供應(yīng)商設(shè)備之間可能無法正確的通信。一些主要的變化有：

數(shù)據(jù)類型
- IEEE標(biāo)準(zhǔn)的浮點數(shù)
- 32位整型數(shù)
- 8位數(shù)據(jù)
- 混合數(shù)據(jù)類型
- 整數(shù)中的位域
- multipliers to change data to/from integer. 10, 100, 1000, 256 ...
協(xié)議擴展
- 16位的從站地址
- 32位的數(shù)據(jù)大?。?個地址 = 返回32位數(shù)據(jù)）
- 字交換數(shù)據(jù)

限制

Modbus是在1970年末為可編程邏輯控制器通信開發(fā)的，這些有限的數(shù)據(jù)類型在那個時代是可以被PLC理解的，大型二進制對象數(shù)據(jù)是不支持的。
對節(jié)點而言，沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的方法找到數(shù)據(jù)對象的描述信息，舉個例子，確定一個寄存器數(shù)據(jù)是否表示一個介于30-175度之間的溫度。
由于Modbus是一個主/從協(xié)議，沒有辦法要求設(shè)備“報告異常”（構(gòu)建在以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議之上，被稱為open-mbus除外）- 主節(jié)點必須循環(huán)的詢問每個節(jié)點設(shè)備，并查找數(shù)據(jù)中的變化。在帶寬可能比較寶貴的應(yīng)用中，這種方式在應(yīng)用中消耗帶寬和網(wǎng)絡(luò)時間，例如在低速率的無線鏈路上。
Modbus在一個數(shù)據(jù)鏈路上只能處理247個地址，這種情況限制了可以連接到主控站點的設(shè)備數(shù)量（再一次指出以太網(wǎng)TCP/IP除外）
Modbus傳輸在遠端通訊設(shè)備之間緩沖數(shù)據(jù)的方式進行，有對通信一定是連續(xù)的限制，避免了傳輸中的緩沖區(qū)漏洞的問題
Modbus協(xié)議自身提供針對未經(jīng)授權(quán)的命令或截取數(shù)據(jù)沒有安全性。