Modbus​串行通信协议概述

Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司(现在的施耐德电气 Schneider Electric)于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议事实上的业界标准，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。Modbus比其他通信协议使用的更广泛的主要原因有：

公开发表并且无著作权要求

易于部署和维护

对供应商来说，修改移动本地的比特或字节没有很多限制

Modbus允许多个 (大约240个) 设备连接在同一个网络上进行通信，举个例子，一个由测量温度和湿度的设备，并且将结果发送给计算机。在数据采集与监视控制系统(SCADA)中，Modbus通常用来连接监控计算机和远程终端控制系统(RTU)

协议版本

Modbus协议目前存在用于串口、以太网以及其他支持互联网协议的网络的版本。

大多数Modbus设备通信通过串口EIA-485物理层进行[2]。

对于串行连接，存在两个变种，它们在数值数据表示不同和协议细节上略有不同。Modbus RTU是一种紧凑的，采用二进制表示数据的方式，Modbus ASCII是一种人类可读的，冗长的表示方式。这两个变种都使用串行通信(serial communication)方式。RTU格式后续的命令/数据带有循环冗余校验的校验和，而ASCII格式采用纵向冗余校验的校验和。被配置为RTU变种的节点不会和设置为ASCII变种的节点通信，反之亦然。

对于通过TCP/IP(例如以太网)的连接，存在多个Modbus/TCP变种，这种方式不需要校验和计算。

对于所有的这三种通信协议在数据模型和功能调用上都是相同的，只有封装方式是不同的。

Modbus有一个扩展版本Modbus Plus(Modbus+或者MB+)，不过此协议是Modicon专有的，和Modbus不同。它需要一个专门的协处理器来处理类似HDLC的高速令牌旋转。它使用1Mbit/s的双绞线，并且每个节点都有转换隔离设备，是一种采用转换/边缘触发而不是电压/水平触发的设备。连接Modbus Plus到计算机需要特别的接口，通常是支持ISA(SA85)，PCI或者PCMCIA总线的板卡。

通信和设备

Modbus协议是一个master/slave架构的协议。有一个节点是master节点，其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点。每一个slave设备都有一个唯一的地址。在串行和MB+网络中，只有被指定为主节点的节点可以启动一个命令(在以太网上，任何一个设备都能发送一个Modbus命令，但是通常也只有一个主节点设备引导指令)。

一个ModBus命令包含了打算执行的设备的Modbus地址。所有设备都会收到命令，但只有指定位置的设备会执行及回应指令(地址0例外，指定地址0的指令是广播指令，所有收到指令的设备都会运行，不过不回应指令)。所有的Modbus命令包含了检查码，以确定到达的命令没有被破坏。基本的ModBus命令能指令一个RTU改变它的寄存器的某个值，控制或者读取一个I/O端口，以及指挥设备回送一个或者多个其寄存器中的数据。

有许多modems和网关支持Modbus协议，因为Modbus协议很简单而且容易复制。它们当中一些为这个协议特别设计的。有使用有线、无线通信甚至短消息和GPRS的不同实现。不过设计者需要克服一些包括高延迟和时序的问题。

实现

几乎所有的实现都是官方标准的某种变体。不同的供应商设备之间可能无法正确的通信。一些主要的变化有：

限制

数据类型

IEEE标准的浮点数

32位整型数

8位数据

混合数据类型

整数中的位域

multipliers to change data to/from integer. 10, 100, 1000, 256 ...

协议扩展

16位的从站地址

32位的数据大小(1个地址 = 返回32位数据)

字交换数据

Modbus是在1970年末 为可编程逻辑控制器通信开发的，这些有限的数据类型在那个时代是可以被PLC理解的，大型二进制对象数据是不支持的。

对节点而言，没有一个标准的方法找到数据对象的描述信息，举个例子，确定一个寄存器数据是否表示一个介于30-175度之间的温度。

由于Modbus是一个主/从协议，没有办法要求设备“报告异常”(构建在以太网的TCP/IP协议之上，被称为open-mbus除外)- 主节点必须循环的询问每个节点设备，并查找数据中的变化。在带宽可能比较宝贵的应用中，这种方式在应用中消耗带宽和网络时间，例如在低速率的无线链路上。

Modbus在一个数据链路上只能处理247个地址，这种情况限制了可以连接到主控站点的设备数量(再一次指出以太网TCP/IP除外)

Modbus传输在远端通讯设备之间缓冲数据的方式进行，有对通信一定是连续的限制，避免了传输中的缓冲区漏洞的问题

Modbus协议针对未经授权的命令或截取数据并无安全性

审核编辑：汤梓红