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在當下的工業控制領域，Modbus/TCP 協議作為一項自動化領域的關鍵標準，已然獲得極為廣泛的運用。Modbus 協議屬于通用型通訊協議，它不僅對諸如 RS232、RS485 這類多種電氣接口予以支持，還支持以太網接口，從而讓控制器之間以及控制器與其他設備之間的通信變得簡便且高效。Modbus 協議之所以能被廣泛應用，主要歸因于其具備開放性、標準性以及易用性等特性。

Modbus 協議的基礎概念

Modbus 協議最初是由施耐德電氣在 1979 年為實現可編程邏輯控制器（PLC）之間的通信而研發出來的，發展至今，它已成為工業領域通信協議方面的行業標準。Modbus 協議屬于一種應用層報文傳輸協議，對多種電氣接口以及傳輸介質都提供支持，涵蓋了 RS232、RS485 以及 TCP/IP 。

Modbus 協議采用主從式的通信模式，也就是由主設備主動對從設備展開查詢以及操作。常見的主設備包含工控機以及工業控制器等，而從設備則包含 PLC 可編程控制器等。這種通信模式有效保障了數據傳輸過程的有序性與可靠性。

Modbus 協議的通信流程

Modbus 協議的通信進程涵蓋以下步驟：

主設備向從設備發出請求：主設備主動發起通信請求，向從設備發送攜帶特定指令的數據幀。

從設備解析并處理請求：從設備接收請求后，對數據幀進行解析，進而執行相應的操作。

從設備向主設備反饋結果：從設備將操作產生的結果或者數據反饋給主設備。

異常情況處理：倘若在處理過程中出現任何差錯，從設備會返回一個異常功能碼，以此告知主設備通信失敗的具體緣由。

Modbus 協議的特性

標準性與開放性

Modbus 協議是公開對外發布的，用戶能夠免費使用，無需繳納許可證費用。當前，支持 Modbus 協議的廠家數量超過 400 家，支持 Modbus 的產品種類超過 600 種，正是這些因素促使 Modbus 協議成為工業控制領域的通用標準。

多電氣接口支持

Modbus 協議對多種電氣接口予以支持，像 RS232、RS485 等，并且還能夠借助雙絞線、光纖、無線等多種介質來進行數據傳輸。這種高度的靈活性，使得 Modbus 協議能夠適配各類工業環境以及應用場景。

簡單易用

Modbus 協議的幀格式簡潔、緊湊，易于理解和運用。用戶能夠快速上手，廠商也能夠便捷地開發出支持 Modbus 協議的設備與系統。

Modbus 協議的功能代碼解析

Modbus 協議支持多種功能代碼，用于執行不同的操作任務。這些功能代碼可劃分為位操作和字操作這兩類：

位操作

讀線圈狀態（01）：讀取從設備的線圈狀態情況。

讀離散輸入狀態（02）：獲取從設備的離散輸入狀態信息。

寫單個線圈（05）：對從設備的單個線圈實施寫操作。

寫多個線圈（15）：針對從設備的多個線圈進行寫操作。

字操作

讀保持寄存器（03）：讀取從設備保持寄存器內的數據。

寫單個寄存器（06）：對從設備的單個寄存器執行寫操作。

寫多個保持寄存器（10）：對從設備的多個保持寄存器進行寫操作。

Modbus 協議的報文模型

理解 Modbus 協議的報文模型是達成有效通信的核心要點。在此需要知悉兩個縮略詞：

ADU（應用數據單元）：包含完整的報文信息，其中涵蓋地址、功能碼、數據以及校驗碼。

PDU（協議數據單元）：僅包含功能碼和數據部分，不包含地址和校驗碼。

Modbus 協議的傳輸模式

Modbus 協議主要支持兩種傳輸模式：ASCII 模式和 RTU 模式。每種模式都具備各自的特點以及適用場景。

ASCII 傳輸模式

在 ASCII 模式下，報文中的每 8 位字節以兩個 ASCII 字符的形式進行發送。舉例來說，字節 0x5B 會被編碼成兩個字符：0x35 和 0x42（ASCII 編碼中 0x35 代表 “5”，0x42 代表 “B”）。這種模式的優點在于便于調試和監控，然而其傳輸效率相對較低。報文以冒號（：）作為起始標志，以回車 - 換行（CRLF）作為結束標志，設備通過識別這些特殊字符來判定幀的起始與結束位置。

RTU 傳輸模式

RTU 模式是 Modbus 協議的另一種傳輸方式，每個報文中的每個 8 位字節包含兩個 4 位十六進制字符。該模式的主要優勢在于數據密度較高，在相同的波特率條件下，比 ASCII 模式具備更高的傳輸效率。報文必須以連續的字符流形式進行傳送，設備通過檢測字符流中的特定模式來識別幀的起始和結束。

Modbus/TCP 協議

隨著以太網技術在工業控制領域的廣泛普及，Modbus/TCP 協議應運而生。Modbus/TCP 協議是 Modbus 協議在以太網環境下的具體實現形式，它繼承了 Modbus 協議的簡潔性和靈活性，同時充分利用了以太網的高速傳輸能力。Modbus/TCP 協議支持多種功能代碼，適用于工業自動化、電力通訊、智能儀表等多個領域的網絡通信場景。