来源：https://blog.redisant.cn/docs/modbus-tutorial/

　　Modbus的工作原理 #

Modbus遵循主从架构（Master-Slave Architecture），在通信网络中，通常有一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）。主设备负责发出请求，从设备接收并响应请求。

　　通信帧结构 #

Modbus通信的基本单位是“帧”，一帧包括以下几个部分：

• 地址域：用于标识目标设备的地址。
• 功能码（Function Code）：定义要执行的操作，如读取寄存器、写入数据等。
• 数据域：根据功能码携带相应的数据（如寄存器地址、寄存器值等）。
• 校验码：用于确保数据传输的完整性（在Modbus RTU和ASCII中使用）
  

  Modbus的应用场景 #

  Modbus协议广泛应用于工业控制系统中，尤其是在以下场景中：

  • 设备间数据采集和监控（如PLC与传感器、HMI的连接）。
  • 过程自动化中的数据传输。
  • 远程监控和控制系统（如SCADA系统）。

  Modbus的开放性和简单性，使其成为工业物联网（IIoT）中广泛使用的协议之一。

　　主要特点 #

• 主从架构：Modbus 采用主从（Master/Slave）架构。一个主设备可以与多个从设备通信，从设备之间不直接通信。主设备发出命令，从设备响应。
• 简单易用：Modbus 协议相对简单，易于实现和理解，适用于资源有限的嵌入式系统。
• 多种传输方式：
  • Modbus RTU：基于串行通信的 Modbus 变体，通常使用 RS-232 或 RS-485 作为物理层。数据以二进制形式传输，具有较高的效率和较低的通信开销。
  • Modbus ASCII：另一种基于串行通信的变体，数据以 ASCII 字符形式传输，便于调试，但效率较低。
  • Modbus TCP/IP：基于以太网的 Modbus 变体，通过 TCP/IP 协议进行传输，适用于现代网络环境。
• 数据模型：Modbus 定义了一种简单的数据模型，包含四种数据类型：
  • 离散输入：单个位，只读。
  • 线圈：单个位，读/写。
  • 输入寄存器：16 位寄存器，只读。
  • 保持寄存器：16 位寄存器，读/写。

　　应用领域 #

• 工业自动化：如 PLC、SCADA 系统、传感器和执行器之间的通信。
• 能源管理：如电表和能源管理系统的通信。
• 楼宇自动化：如暖通空调 (HVAC) 系统、照明和安防系统的控制。
  

  可视化 Modbus 设备中的数据 #

  Modbus 从设备可以想象为具有一个内部电子表格，其中填满了数字。Modbus 主设备将向从设备询问其在给定行和列中找到的数据值或数字，从设备将通过将该数据发送回主设备来响应。当然，这个过程可以逆转，Modbus 主设备告诉从设备在给定行和列处将什么数字放入其数据表中。

  Modbus 设备“电子表格”中的“列”更正式地称为寄存器类型。寄存器类型可能是线圈、离散输入（又称状态输入）、输入寄存器或保持寄存器。

  Modbus 设备“电子表格”中的“行”只是寄存器编号。通常，这些行从 1 开始并按顺序递增。某些设备可能没有寄存器 1，例如，它们的第一个寄存器可能是 100。如果从设备中不存在寄存器编号，它将发回一个异常消息。该异常提供了一个错误代码，提示“没有这样的寄存器”（异常代码 2，非法数据地址）。

  什么是 Modbus TCP？ #

  Modbus TCP 将 Modbus RTU 请求和响应数据包封装在通过标准以太网网络传输的 TCP 数据包中。单元号仍包含在内，其解释因应用程序而异 - 单元或从站地址不是 TCP 中的主要寻址方式。这里最重要的地址是 IP 地址，例如 192.168.1.100。Modbus TCP 的标准端口是 502，但如果需要，通常可以重新分配端口号。

  TCP 数据包中省略了通常位于 RTU 数据包末尾的校验和字段。对于 Modbus TCP，校验和和错误处理由以太网处理。

  Modbus 的 TCP 版本遵循 OSI 网络参考模型。Modbus TCP 定义了 OSI 模型中的表示层和应用层。

  Modbus TCP 使主设备和从设备的定义不那么明显，因为以太网允许对等通信。客户端和服务器的定义在基于以太网的网络中更为人所知。在这种情况下，从设备成为服务器，主设备成为客户端。可以有多个客户端从服务器获取数据。在 Modbus 术语中，这意味着可以有多个主设备和多个从设备。现在，系统设计人员的责任是创建主设备和从设备功能之间的逻辑关联，而不是逐个物理设备地定义主设备和从设备。