Modbus是一種串行通信協(xié)議，是Modicon公司(現(xiàn)在的施耐德電氣 Schneider Electric)于1979年為使用可編程邏輯控制器(PLC)通信而發(fā)表。Modbus已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議事實(shí)上的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，并且現(xiàn)在是工業(yè)電子設(shè)備之間常用的連接方式。Modbus比其他通信協(xié)議使用的更廣泛的主要原因有：

公開發(fā)表并且無著作權(quán)要求

易于部署和維護(hù)

對(duì)供應(yīng)商來說，修改移動(dòng)本地的比特或字節(jié)沒有很多限制

Modbus允許多個(gè) (大約240個(gè)) 設(shè)備連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信，舉個(gè)例子，一個(gè)由測(cè)量溫度和濕度的設(shè)備，并且將結(jié)果發(fā)送給計(jì)算機(jī)。在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)中，Modbus通常用來連接監(jiān)控計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)(RTU)

協(xié)議版本

Modbus協(xié)議目前存在用于串口、以太網(wǎng)以及其他支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)的版本。

大多數(shù)Modbus設(shè)備通信通過串口EIA-485物理層進(jìn)行[2]。

對(duì)于串行連接，存在兩個(gè)變種，它們?cè)跀?shù)值數(shù)據(jù)表示不同和協(xié)議細(xì)節(jié)上略有不同。Modbus RTU是一種緊湊的，采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)的方式，Modbus ASCII是一種人類可讀的，冗長(zhǎng)的表示方式。這兩個(gè)變種都使用串行通信(serial communication)方式。RTU格式后續(xù)的命令/數(shù)據(jù)帶有循環(huán)冗余校驗(yàn)的校驗(yàn)和，而ASCII格式采用縱向冗余校驗(yàn)的校驗(yàn)和。被配置為RTU變種的節(jié)點(diǎn)不會(huì)和設(shè)置為ASCII變種的節(jié)點(diǎn)通信，反之亦然。

對(duì)于通過TCP/IP(例如以太網(wǎng))的連接，存在多個(gè)Modbus/TCP變種，這種方式不需要校驗(yàn)和計(jì)算。

對(duì)于所有的這三種通信協(xié)議在數(shù)據(jù)模型和功能調(diào)用上都是相同的，只有封裝方式是不同的。

Modbus有一個(gè)擴(kuò)展版本Modbus Plus(Modbus+或者M(jìn)B+)，不過此協(xié)議是Modicon專有的，和Modbus不同。它需要一個(gè)專門的協(xié)處理器來處理類似HDLC的高速令牌旋轉(zhuǎn)。它使用1Mbit/s的雙絞線，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有轉(zhuǎn)換隔離設(shè)備，是一種采用轉(zhuǎn)換/邊緣觸發(fā)而不是電壓/水平觸發(fā)的設(shè)備。連接Modbus Plus到計(jì)算機(jī)需要特別的接口，通常是支持ISA(SA85)，PCI或者PCMCIA總線的板卡。

通信和設(shè)備

Modbus協(xié)議是一個(gè)master/slave架構(gòu)的協(xié)議。有一個(gè)節(jié)點(diǎn)是master節(jié)點(diǎn)，其他使用Modbus協(xié)議參與通信的節(jié)點(diǎn)是slave節(jié)點(diǎn)。每一個(gè)slave設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址。在串行和MB+網(wǎng)絡(luò)中，只有被指定為主節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)可以啟動(dòng)一個(gè)命令(在以太網(wǎng)上，任何一個(gè)設(shè)備都能發(fā)送一個(gè)Modbus命令，但是通常也只有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)設(shè)備引導(dǎo)指令)。

一個(gè)ModBus命令包含了打算執(zhí)行的設(shè)備的Modbus地址。所有設(shè)備都會(huì)收到命令，但只有指定位置的設(shè)備會(huì)執(zhí)行及回應(yīng)指令(地址0例外，指定地址0的指令是廣播指令，所有收到指令的設(shè)備都會(huì)運(yùn)行，不過不回應(yīng)指令)。所有的Modbus命令包含了檢查碼，以確定到達(dá)的命令沒有被破壞。基本的ModBus命令能指令一個(gè)RTU改變它的寄存器的某個(gè)值，控制或者讀取一個(gè)I/O端口，以及指揮設(shè)備回送一個(gè)或者多個(gè)其寄存器中的數(shù)據(jù)。

有許多modems和網(wǎng)關(guān)支持Modbus協(xié)議，因?yàn)镸odbus協(xié)議很簡(jiǎn)單而且容易復(fù)制。它們當(dāng)中一些為這個(gè)協(xié)議特別設(shè)計(jì)的。有使用有線、無線通信甚至短消息和GPRS的不同實(shí)現(xiàn)。不過設(shè)計(jì)者需要克服一些包括高延遲和時(shí)序的問題。

實(shí)現(xiàn)

幾乎所有的實(shí)現(xiàn)都是官方標(biāo)準(zhǔn)的某種變體。不同的供應(yīng)商設(shè)備之間可能無法正確的通信。一些主要的變化有：

限制

數(shù)據(jù)類型

IEEE標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)數(shù)

32位整型數(shù)

8位數(shù)據(jù)

混合數(shù)據(jù)類型

整數(shù)中的位域

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

協(xié)議擴(kuò)展

16位的從站地址

32位的數(shù)據(jù)大小(1個(gè)地址 = 返回32位數(shù)據(jù))

字交換數(shù)據(jù)

Modbus是在1970年末 為可編程邏輯控制器通信開發(fā)的，這些有限的數(shù)據(jù)類型在那個(gè)時(shí)代是可以被PLC理解的，大型二進(jìn)制對(duì)象數(shù)據(jù)是不支持的。

對(duì)節(jié)點(diǎn)而言，沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的方法找到數(shù)據(jù)對(duì)象的描述信息，舉個(gè)例子，確定一個(gè)寄存器數(shù)據(jù)是否表示一個(gè)介于30-175度之間的溫度。

由于Modbus是一個(gè)主/從協(xié)議，沒有辦法要求設(shè)備“報(bào)告異?！?構(gòu)建在以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議之上，被稱為open-mbus除外)- 主節(jié)點(diǎn)必須循環(huán)的詢問每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，并查找數(shù)據(jù)中的變化。在帶寬可能比較寶貴的應(yīng)用中，這種方式在應(yīng)用中消耗帶寬和網(wǎng)絡(luò)時(shí)間，例如在低速率的無線鏈路上。

Modbus在一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路上只能處理247個(gè)地址，這種情況限制了可以連接到主控站點(diǎn)的設(shè)備數(shù)量(再一次指出以太網(wǎng)TCP/IP除外)

Modbus傳輸在遠(yuǎn)端通訊設(shè)備之間緩沖數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行，有對(duì)通信一定是連續(xù)的限制，避免了傳輸中的緩沖區(qū)漏洞的問題

Modbus協(xié)議針對(duì)未經(jīng)授權(quán)的命令或截取數(shù)據(jù)并無安全性

審核編輯：湯梓紅