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ModBus是一種請求-應答協(xié)議，它采用了一個主從式的實現。在主仆關系中，交流通常是兩兩進行的。裝置必須開始一個請求，并且等待一個響應，開始裝置（主要裝置）負責每一個相互作用的開始。一般情況下，主機是 HMI (Human Interface, HMI）或者 SCADA (Control and Data Digital Automatic Control, SCADA)，從機是 PLC (Programmable Logic Control, PLC）或者 PAC (Programmable Automatic Control, PAC）。在不同的協(xié)議層中，要求與應答的內容與傳送信息的網路層。

ModBus通訊協(xié)定是一種包含 RTU, ASCII, TCP的應用層報文傳送協(xié)定。標準模塊總線協(xié)議的物理層接口有RS232,RS485, Ethernet等。

模塊化的 RTU和 ASCII模塊都采用了串口方式。其中，以二進制為代表的 ModbusRTU具有數據結構緊湊、通訊高效等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用。ModbusASCII通過 ASCII代碼進行傳送，并且在字節(jié)的開頭和結尾都有特定的字符。它的傳輸效率比 ModbusRTU要低得多。ModBusTCP是一種 ModBus通訊，它在工業(yè)以太網路上的 TCP/IP網路上傳送。ModBus資料傳送為客戶機與以太網 TCP/IP網路相連的伺服器提供了一種即時通訊。

2.Modbus協(xié)議層

在原方案中， MODBUS是一種以串口為基礎的單一通信協(xié)議，無法進行分層。在此過程中，為了改變串行通訊所采用的報文格式，以及支持 TCP/IP與 UDP (User Datapacitation Protocol, UDP）等多種應用。這使得核心協(xié)議（digital protocol data, PDU）與網絡層（application data unit, ADU）相分離。

ModBus 協(xié)議是一種與基礎通訊層無關的簡易協(xié)議數據單位（PDU).通過具體的總線或者網絡的 ModBus協(xié)議圖可以將一些額外的領域引入到應用數據單位（Application Data Unit, ADU）上。

協(xié)議數據單元（PDU）

PDU和它的處理程序組成了 ModBus應用程序協(xié)議的核心.在此基礎上，給出了協(xié)議數據單元的格式，協(xié)議中所用到的數據概念，如何使用函數碼來存取數據，并給出了函數碼的實現方法和約束條件。modbusPDU格式是指函數編碼，后面是一套相應的數據。資料的尺寸及內容是以函數碼來規(guī)定的，并且所有的 PDU （函數碼及資料）的尺寸不得大于253個字節(jié)。每一種函數編碼都有一種具體的動作，這些動作可以通過從機來靈活地執(zhí)行。

一般而言， MODBUS所能存取的資料儲存在四種資料庫中的一種：線圈狀態(tài)，分立輸入，保持寄存器，以及輸入寄存器。這些資料庫會定義所包含之資料的型別與存取。由于該裝置在本機存放，因此可以從該裝置直接存取該資料。取而代之的是， ModBus的宿主需要使用不同的函數代碼來存取這個數據。每一個模塊的表現如表1所示。

應用數據單元（ADU）

許多網絡協(xié)議都是可用的，而不只是 PDU內核所定義的那些功能。最常用的通訊協(xié)定是串口通訊、 TCP/IP通訊協(xié)定，但是其它通訊協(xié)定，例如 UDP，也可以被使用。為了在 MODBUS的各個層次間進行資料的傳送， MODBUS含有一套適合每一網路協(xié)定的 ADU。

Adu有三個標準格式，即 TCP，遠程終端單元（Telecommunicational-terminal unit, RTU）和 ASCII。傳統(tǒng)的串行線一般采用 RTU、 ASCIIAdu等，傳統(tǒng)的 TCP/IP、 UDP/IP等都采用了 TCP。

3.Modbus數據幀結構

3.1ModbusRTU數據幀結構

ModbusRTU協(xié)議在主機查詢中放置從裝置（或廣播）地址，定義所請求的動作的函數代碼，待發(fā)送的數據，以及 CRC確認，從而建立一個查詢信息；從機的應答信息包同樣使用了 ModbusRTU的信息結構，其中包含了從機的地址，請求操作的函數代碼，待發(fā)送的數據，以及 CRC檢驗；如果收到訊息時出現了一個錯誤，或是從機不能完成要求的動作，那么從機就會發(fā)出一個例外訊息來回應。ModbusRTU的數據框架是這樣的：

modbus RTU通訊協(xié)議

ModbusRTU因其二進制表達方式、數據結構緊湊、通訊效率高而被廣泛采用。

通訊傳送模式：

通訊傳送被分成兩部分，分別是單獨的報頭和已編碼的資料傳送。還符合 ModbusRTU通訊協(xié)議的下列通訊傳送模式定義：二位元組檢錯碼。

通訊規(guī)約

將通訊指令發(fā)送給儀表后，與對應的通訊指令一致的儀表接受通訊指令，刪除通訊指令，讀出資訊，若無差錯，儀表完成工作；然后向發(fā)送者返回執(zhí)行結果。其中包含了地址碼，操作函數碼，操作后的結果資料，以及錯誤校驗碼。如果出錯，就沒有信息被發(fā)送。

位址代碼

位址代碼是訊息框架從0至255的第壹個字節(jié)（8比特）。這個位元組代表了使用者設定位址的從機，會從主機上接收到其所傳送的資訊。每臺從機都必須擁有唯壹的位址編碼，而唯有符合位址編碼的從機，才可以回應回路。在從屬設備發(fā)送回來的信息中，一個等價的地址碼表明了該信息的來源。

函數碼

由主設備發(fā)出的函數碼，告知從設備將執(zhí)行哪些工作。函數代碼列在表4中，它們有具體的意義，也有具體的動作。

重置單片機

向單一寄存器中寫入已設定的貳進制值

數據區(qū)

數據區(qū)中含有來自內部的返回信息，或者是來自內部的操作，或者是來自內部的。這個資訊可以是數字，參考位址等等。舉例來說，若函數程式碼指示從屬程式讀出該寄存器值，資料區(qū)段就必須包含該寄存器所要讀出的開始位址及讀出的長度。地址和數據信息因從機而異。

差錯校驗碼

主從機可以通過校驗碼來確定所收到的消息是否有差錯。在傳遞的過程中，可能會受到電子噪音等因素的影響而產生細微的變化。錯誤校正碼保證了主機和從機在傳送時不會出現錯誤。這使得整個系統(tǒng)更加安全，更加高效。利用CRC-16進行了誤差檢驗。

注意：所有的信息框架都采用同樣的格式：地址代碼，功能代碼，數據區(qū)域，錯誤檢測代碼。

與其它通訊協(xié)議相比， MODBUS的應用更為廣泛，其主要理由有：

1) ModBus能夠支持工業(yè)水利遙測終端機RTU支持的RS-23285 （串行）等許多電子接口，并且能夠通過雙絞線，光纖，無線等不同的媒體進行通信。

2)模總線框架結構簡潔，容易理解，便于研制。

3)具有良好的可靠性。ModBus協(xié)議要求對數據進行檢查。在 ASCII方式和 RTU方式分別采用了 LRC和16比特的 CRC兩種方式。另外， MODBUS系統(tǒng)還采用了主從式的定時收發(fā)方式。在實際應用中，若從站發(fā)生故障、停電等情況，則由主端來判斷是否發(fā)生故障，并在故障排除后，再由主端自動恢復。