Modbus协议介绍

Modbus是一种常用的工业现场总线通信协议,被广泛应用于工业自动化领域。它是一种简单、易实现的主从式通信协议,具有高度的可靠性和通用性。本文将从Modbus协议的基本概念、通信模式、数据格式、常见应用场景等方面进行全面介绍,并通过图文并茂的方式帮助读者更好地理解和掌握Modbus协议。

1. Modbus协议概述

Modbus是一种基于主从通信模式的串行通信协议,由Modicon公司(现属于施耐德电气)在1979年首次提出。Modbus协议采用简单的报文格式,具有高度的可靠性和通用性,被广泛应用于工业自动化、楼宇自控、能源管理等领域。

Modbus协议的主要特点包括:

1. 主从通信模式: Modbus协议采用主从通信模式,主站发送请求,从站响应。主站可以是PLC、DCS、工业计算机等,从站可以是各种现场设备。

2. 简单易实现: Modbus协议报文格式简单,协议栈实现相对简单,易于在各种硬件和软件平台上进行开发和集成。

3. 通用性强: Modbus协议是一种开放的工业通信标准,被广泛应用于工业自动化、楼宇自控、能源管理等领域,可以实现不同厂家设备之间的互联互通。

4. 可靠性高: Modbus协议采用校验和机制,能够有效检测和纠正传输过程中的错误,保证了通信的可靠性。

5. 丰富的数据类型: Modbus协议支持多种数据类型,包括离散量输入/输出、模拟量输入/输出、保持寄存器、输入寄存器等,满足不同应用场景的需求。

2. Modbus通信模式

Modbus协议支持两种主要的通信模式:

1. Modbus RTU(Remote Terminal Unit): 采用二进制的数据格式,数据包括设备地址、功能码、数据、校验码等。Modbus RTU通常应用于基于串行通信的现场总线系统,如RS-485、RS-232等。

2. Modbus TCP/IP: 采用基于TCP/IP协议栈的通信方式,数据包括MBAP头(事务标识符、协议标识符、长度字段、单元标识符)、功能码、数据等。Modbus TCP/IP通常应用于基于以太网的工业以太网系统。

下图展示了Modbus RTU和Modbus TCP/IP两种通信模式的报文格式:

Modbus RTU和Modbus TCP/IP两种通信模式的主要区别在于:

• Modbus RTU采用二进制数据格式,通常应用于串行通信;
• Modbus TCP/IP采用基于TCP/IP协议栈的通信方式,通常应用于以太网网络。

3. Modbus数据格式

Modbus协议支持多种数据类型,包括:

1. 离散量输入/输出(Coils): 用于表示单个的开关量,如继电器、开关状态等。

2. 模拟量输入/输出(Holding Registers): 用于表示连续的模拟量数据,如温度、压力、电流等。

3. 输入寄存器(Input Registers): 用于表示只读的模拟量数据,如传感器测量值等。

4. 保持寄存器(Holding Registers): 用于表示可读写的模拟量数据,如设置目标值等。

下表列出了Modbus常用的功能码:

功能码	名称	描述
0x01	Read Coils	读取离散量输入/输出
0x02	Read Discrete Inputs	读取离散量输入
0x03	Read Holding Registers	读取保持寄存器
0x04	Read Input Registers	读取输入寄存器
0x05	Write Single Coil	写单个离散量输出
0x06	Write Single Register	写单个保持寄存器
0x0F	Write Multiple Coils	写多个离散量输出
0x10	Write Multiple Registers	写多个保持寄存器

4. Modbus应用场景

Modbus协议广泛应用于工业自动化、楼宇自控、能源管理等领域,常见的应用场景包括:

1. PLC/DCS通信: Modbus协议可以实现PLC、DCS等主站与现场设备(如传感器、执行机构等)之间的通信。

2. 楼宇自控: Modbus协议可以用于楼宇自动化系统中的设备互联,如HVAC系统、照明系统、安防系统等。

3. 能源管理: Modbus协议可以用于电力系统中的设备监控和控制,如变电站、变频器、电表等。

4. 工业设备集成: Modbus协议可以用于将不同厂家的工业设备(如仪表、伺服驱动器、变频器等)集成到同一个监控系统中。

综上所述,Modbus协议作为一种简单、可靠、通用的工业通信协议,在工业自动化、楼宇自控、能源管理等领域广受欢迎,在促进设备互联互通、提高系统集成效率等方面发挥着重要作用。

相关知识点链接：

1. 应用领域

   • 工业自动化
   • 楼宇自控
   • 能源管理

2. 核心设备

   • 变频器
   • 传感器

3. 通信技术

   • 串行通讯
   • 以太网