Modbus协议：物联网通信的鼻祖

插图：© IoT For All --> Modbus协议是一种通信协议，允许设备通过各种类型的介质（如串行线路和以太网）进行通信。该协议由Modicon公司于1979年开发，该公司专门生产可编程逻辑控制器（PLC），开发此协议是为了使这些设备之间能够相互通信。Modbus提供了一种消息结构，用于在智能设备之间建立主从通信。来自设备A（主机）的Modbus消息将引发设备B（从机）的响应。其功能是定义通信的内容、信息如何封装以及消息的发送和接收顺序。Modbus协议简单且稳定，因此成为工业控制系统的热门选择。它是一个开放标准，这意味着任何人都可以免费使用和修改它，从而在工业中广泛采用。 Modbus协议的历史与起源 Modbus协议由Modicon公司于1979年开发，该公司现在隶属于施耐德电气。Modicon开发该协议用于其可编程逻辑控制器（PLC），这些控制器在制造业中用于工业机电过程的自动化。Modbus组织是一个由独立用户和供应商组成的团体，倡导Modbus协议的使用，该组织于2002年成立，旨在向公众提供协议、其规范及相关信息的访问。该组织还确保Modbus协议在工业自动化市场中的持续可用性、改进和应用。自诞生以来，Modbus协议已广泛应用于许多不同行业的各类设备中。由于其简单、开放和易于实施，它一直很受欢迎。Modbus协议的组成部分 Modbus设备/机器 Modbus设备或机器是使用Modbus协议进行通信的物理设备。这些设备可以是温度传感器、电机控制器等，它们可以位于工厂车间，也可以位于遥远的油田。 Modbus主机 Modbus主机是发起Modbus事务的设备。它向Modbus从设备发送请求并等待响应。主机可以与多个从设备通信，并可以向每一个设备请求不同类型的数据。 Modbus从设备 Modbus从设备是等待Modbus主机请求的设备。当接收到请求时，它会进行处理并返回响应给主机。从设备不主动发起通信，它只是对主机的请求作出响应。 数据模型和寄存器 Modbus的数据模型基于一系列寄存器。这些寄存器只是设备中可以存储数据的内存位置，它们代表设备内的存储区域。寄存器主要分为两种类型： - 保持寄存器：可由Modbus主机读取和写入。 - 输入寄存器：只能由主机读取。 输入类型 Modbus系统中有两种主要的输入类型： - 线圈：是Modbus协议中表示二进制状态（如ON/OFF或TRUE/FALSE）的一种数据类型。它们可以被Modbus主机读取和写入。 - 离散输入：与线圈类似，它们也表示二进制状态。但与线圈不同，它们只能被读取，不能被写入。 Modbus消息帧 Modbus帧是Modbus消息的结构。它由起始帧、功能码、数据和结束帧组成。下表更详细地展示了帧结构，使用的是协议的ASCII变体（如下所述）： 起始 地址 功能 数据 LRC 结束 2个字符 2个字符 N个字符 2个字符 CR LF Modbus通信模式 Modbus协议中主要有三种通信模式： - RTU（远程终端单元） - ASCII（美国信息交换标准代码） - TCP/IP（传输控制协议/互联网协议） Modbus协议的变体 Modbus协议有几种变体。主要包括以下几种： - Modbus RTU Modbus RTU（远程终端单元）是Modbus协议的二进制实现。它通常用于串行通信，以其紧凑的数据表示而著称，使其高效且快速。 - Modbus ASCII Modbus ASCII（美国信息交换标准代码）是Modbus协议的ASCII实现。虽然不如Modbus RTU高效，但因其使用易于阅读的字符，因此更易于使用和调试。 - Modbus TCP/IP Modbus TCP/IP 是一种通过TCP/IP网络使用的Modbus协议版本。它允许在远距离和跨不同网络中进行通信。 - Modbus UDP Modbus UDP（用户数据报协议）是使用UDP传输协议的Modbus协议版本。它不如Modbus TCP/IP可靠，因为它不保证数据包的送达或顺序，但它更快，占用带宽更少。 - Modbus Plus Modbus Plus（MB+ 或 Modbus+）是施耐德电气推出的一种专有变体。它是一种对等通信协议，相比标准Modbus，具有更高的传输速度和更确定性的数据传输。 Modbus协议的应用 工业自动化 Modbus协议在工业自动化领域应用广泛。在工业环境中，保持大量设备和机器之间可靠的高效通信网络至关重要。Modbus使得各种设备（如可编程逻辑控制器、传感器和执行器）之间能够轻松标准化通信。它常被用于制造工厂、发电厂、炼油厂等工业场所，以监控和控制设备与流程。 车辆系统 Modbus协议也应用于车辆系统，特别是在电动汽车领域。它有助于监控和控制各种参数，如电池管理系统、充电系统和逆变器系统。Modbus为这些系统的平稳运行提供了一个高效且易于实现的协议。 物联网通信 随着物联网（IoT）的兴起，Modbus协议变得尤为重要。尤其是Modbus TCP/IP，用于通过以太网网络实现物联网设备、传感器和控制器之间的通信。其简单性和广泛支持使其成为物联网通信的常用选择。 传感器和执行器通信 Modbus协议在传感器和执行器通信中发挥着关键作用。它提供了一种标准接口，用于传输数据，如传感器读数或执行器的控制信号。这使得集中式控制系统或PLC可以协调地监控和控制各种设备。Modbus协议在传感器和执行器通信中的应用广泛，从工业机械到环境监测系统都可以看到它的身影。Modbus协议的局限性 尽管Modbus协议具有许多优点，但它也有一些局限性。其中之一是它缺乏内置的安全功能。由于该协议是在互联网广泛普及之前开发的，因此它没有提供确保通信安全的机制，使其容易受到网络攻击。另一个局限性是协议的简单性。虽然这使其易于使用和实现，但也意味着它缺乏现代协议中的一些高级功能。尽管存在这些局限性，由于其简单性、稳定性和广泛的兼容性，Modbus协议在许多应用中仍然是一个受欢迎的选择。TweetShareShareEmail 自动驾驶车辆 连接性 工业自动化 网络与协议 传感器 --> 自动驾驶车辆 连接性 工业自动化 网络与协议 传感器