Modbus 通讯协议——每个工控人都应该了解

Modbus协议可以说是工业自动化领域应用最为广泛的通讯协议，因为他的开放性、可扩充性和标准化使它成为一个通用工业标准。有了它，不同厂商的产品可以简单可靠的接入网络，实现系统的集中监控，分散控制功能。

目前Modbus规约主要使用的是ASCII, RTU, TCP等，并没有规定物理层。目前Modbus常用的接口形式主要有RS-232C，RS485，RS422，也有使用RJ45接口的，ModBus的ASCII, RTU协议则在此基础上规定了消息、数据的结构、命令和应答的方式。ModBus数据通信采用Master/Slave方式（主/从），即Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求;Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。

图片发自App

在串行通信中，用“波特率”来描述数据的传输速率。国际上规定了一个标准波特率系列：110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、14.4Kbps、19.2Kbps、28.8Kbps、33.6Kbps、56Kbps。例如：9600bps，指每秒传送9600位，包含字符的数位和其它必须的数位，如起始位、停止位和奇偶校验位等。

在自动化领域我们常用RTU模式，RTU 模式中每个字节的格式：

编码系统：8 位二进制，十六进制 0-9，A-F

数据位： 1 起始位

8 位数据，低位先送

奇/偶校验时 1 位；无奇偶校验时 0 位

带校验时 1 位停止位；无校验时 2 位停止位

错误校验区：循环冗余校验(CRC)

从站地址设置：信息地址包括 2 个字符(ASCII)或 8 位(RTU)，有效的从机设备地址范围 0-247(十进制)。

功能码设置：信息帧功能代码包括字符(ASCII)或 8 位(RTU)。有效码范围 1-225(十进制)；

数据区的内容：数据区有 2 个 16 进制的数据位，数据范围为 00-FF(16 进制)，根据网络串行传输的方式，数据区可由一对 ASCII 字符组成或由一个 RTU 字符组成。

RTU方式的消息帧：

图片发自App

Modbus的功能码：

图片发自App

ModBus 功能码与数据类型对应表：

图片发自App

RTU 方式读取整数据的例子：

图片发自App

解析一下：主机发送指令，访问从站地址为1，使用功能码03（读保持寄存器），起始地址高8位、低8位：表示想读取的模拟量的起始地址(起始地址为0)。比如例子中的起始地址为38，十进制为：56。寄存器数量高8位、低8位：表示从起始地址开始读多少个模拟量。例子中为1个模拟量。注意，在返回的信息中一个模拟量需要返回两个字节。错误校验为CRC校验。

从站应答：设备地址和命令号和上面的相同。返回的字节数：表示数据的字节个数，也就是数据1，2...n中的n的值。例子中返回了1个模拟量的数据，因为一个模拟量需要2个字节所以共2个字节。数据高低字节：41和24代表返回的1个模拟量的值，即十进制的16676。错误校验为CRC校验。