Modbus被稱之為事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

從Modbus開始說現(xiàn)場總線（一）

PLC應(yīng)用，在了解了硬件配置和邏輯編程之后，很大一部分工作就是處理現(xiàn)場通訊了。各式各樣的現(xiàn)場總線，其實還是有一定的規(guī)律的。我們在現(xiàn)場最常見到的現(xiàn)場總線協(xié)議，恐怕就是的Modbus了。

我在剛接觸Modbus的時候，還順便學(xué)會了一個單詞De facto ，查了很多詞典才知道是“事實上的”，Modbus也確實可以稱之為事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Modbus是Modicon公司（該公司幾經(jīng)收購，最后并入現(xiàn)在的施耐德電氣 Schneider Electric，目前Modicon還作為施耐德某些PLC的系列名稱）于1979年為使用可編程邏輯控制器（PLC）通信而開發(fā)。為了顯示樓主學(xué)識淵博（愛好八卦），這里猜測一下這個詞的由來，方便大家記憶。Modicon大概是Modular Control的縮寫，Modbus作為Modicon的第一代通訊總線，理解成Modular bus：“模塊化的總線”好像有些牽強，理解為Modicon的通訊總線Modicon Bus大概比較像吧。Modbus能夠成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的事實標(biāo)準(zhǔn)（De facto standard），樓主擅自猜測，主要的原因大概有兩個：一是Modicon做PLC比較（最）早，另外一個，估計是“簡單”。

Modbus協(xié)議后來還出了升級版本Modbus Plus（MB+）但因為Modicon公司沒有公開協(xié)議，所以沒有流行開來，但仍然在工業(yè)現(xiàn)場大量使用。

最早的Modbus是基于串行通訊的（EIA/TIA）RS232/485/422技術(shù)，協(xié)議簡單易用，硬件消耗很少，所有逐步超出PLC通訊的范圍，廣泛用于各種工業(yè)通訊，很多儀器儀表、控制器都支持該協(xié)議，配電領(lǐng)域的斷流器也加入其中。后來隨著工業(yè)以太網(wǎng)的普及，Modbus協(xié)議也作為應(yīng)用層的協(xié)議搭上了以太網(wǎng)的快車，仍然出現(xiàn)在各種工業(yè)和民用現(xiàn)場。對網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議模型有了解的同行，通過下圖可以清楚的了解Modbus協(xié)議的位置和作用。

下面詳細介紹Modbus協(xié)議的內(nèi)容，希望以這個“事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”為例，帶您認識五花八門的通訊標(biāo)準(zhǔn)。

我們每天都離不開的通訊網(wǎng)絡(luò)，或許您并不陌生，但對于其工作原理，大概就只有少數(shù)人了解了。我在網(wǎng)上看到一個用訂外賣過程來說明國際標(biāo)準(zhǔn)化組織定義的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)模型（OSI）的結(jié)構(gòu)，很貼切，您有空可以看看。

一文簡單理解OSI網(wǎng)絡(luò)模型：

https://www.versatek.com/blog/you-wont-believe-what-the-osi-model-and-pizza-have-in-common/

樓主把幾種常見的網(wǎng)絡(luò)（模型）做了一個比對，方便大家理解。當(dāng)然其中電話網(wǎng)的內(nèi)容，并不嚴(yán)謹，僅供參考。

從Modbus開始說現(xiàn)場總線（二）

Modbus作為一個應(yīng)用層的協(xié)議，最初是為了實現(xiàn)PLC間通訊的，所以基礎(chǔ)的協(xié)議內(nèi)容相對簡單，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要分為四類：離散量（開關(guān)量）輸入，離散量（開關(guān)量，線圈）輸出，輸入寄存器，保持寄存器。對應(yīng)電力系統(tǒng)中的術(shù)語，分別是：遙信，遙控，遙測，遙調(diào)。實際使用中因為一個保持寄存器可以作為十六個開關(guān)量使用，而且讀和寫都支持，大家都習(xí)慣通過讀/寫保持寄存器來搞定一切。

最初的Modbus協(xié)議基于RS-232/485鏈路，有兩種編碼方式，RTU和ASCII。這也是為什么有時候看到“Modbus RTU”說法的由來，后面我們介紹的幀格式就是RTU格式，ASCII格式已經(jīng)很少用了。

其實Modbus的通訊格式非常容易理解，主站給從站發(fā)送一條報文，大概相當(dāng)于網(wǎng)友問支付寶：

支付寶（從站地址），內(nèi)定的錦鯉（數(shù)據(jù)類型，保持寄存器）第二名（寄存器地址）是多少（讀數(shù)據(jù)，暗號03）啊（校驗碼）？報文格式如下（16進制）：

支付寶回復(fù)網(wǎng)友：

支付寶（從站地址），這個嘛（重復(fù)讀數(shù)據(jù)功能碼），沒有（返回數(shù)據(jù)長度，二），是0017這廝（返回數(shù)據(jù)），真沒有（校驗碼）：

這樣，Modbus主機就完成了一次對從機數(shù)據(jù)的讀操作，是不是很簡單？最常用的兩個功能碼就是上面介紹的0x03（讀連續(xù)多個保持寄存器）和0x10（十進制16，寫多個保持寄存器），其他的功能碼，基本類似，無非是類型（離散量，寄存器，…）數(shù)量（單個，連續(xù)多個）的不同組合。當(dāng)然還少不了錯誤處理等細節(jié)，詳細內(nèi)容見參考文獻。

寄存器地址是從0000開始的，對應(yīng)于Modicon（施耐德）PLC中的40001，如果是寄存器地址從0001開始，并直接對應(yīng)寄存器地址40001，Modbus RTU協(xié)議就有了一個別名JBUS，可以理解為JBUS是Modbus的一個常用功能子集。另外，有的廠商在返回數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)長度不是按字節(jié)計算，而是按字計算，也無法和標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議兼容。

把Modbus報文去掉地址和CRC校驗碼嵌入到以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀中，就成了TCP-Modbus，如下圖。這樣串行設(shè)備（我們前面講的斷路器，多數(shù)都是通過附件成為一個串行設(shè)備）就可以很方便的接入以太網(wǎng)了，當(dāng)然這個“嵌入”的過程，是由網(wǎng)關(guān)完成的。

Modbus協(xié)議的主要內(nèi)容就介紹完了，我們會發(fā)現(xiàn)，作為一個應(yīng)用層協(xié)議，Modbus并沒有定義數(shù)據(jù)的格式和含義。例如，讀一個保持寄存器的值，我們得到一個16位的數(shù)，至于這個數(shù)是每一位代表一個開關(guān)量的狀態(tài)，還是一個無符號整數(shù)，或者是32位浮點數(shù)的高字節(jié)或者低字節(jié)，就要靠通訊雙方自行定義了。所以實現(xiàn)Modbus通訊的很大一部分工作就是按照雙方的通訊數(shù)據(jù)表逐個處理。