一、介紹

       Modbus由MODICON公司于1979年開發(fā)，是一種工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準。后被施耐德收購，1996年施耐德公司推出基于以太網(wǎng)TCP/IP的Modbus協(xié)議：ModbusTCP。一經(jīng)面世因其簡單開放的通信方式逐漸成為工業(yè)系統(tǒng)中流行的標準，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和自動化領(lǐng)域。

二、特點

         ①協(xié)議標準開放、公開發(fā)布且無版稅要求，可以免費使用，不需要繳納許可證費；

         ②Modbus使用RS232，RS485，網(wǎng)口等接口，采用主從站（master/slave）方式通信。也就是請求/應(yīng)答的意思，主站發(fā)出請求，從站響應(yīng)回答，并且從站不會主動發(fā)送通信主站，從站之間也不會有通訊，從站的地址范圍為 0 - 247，其中0為廣播地址，從站的實際地址范圍為1 - 247。這樣成本低，而且布線也簡單方便，易于部署和維護，滿足基本工業(yè)設(shè)備需求。

         ③Modbus是應(yīng)用層協(xié)議，位于OSI模型第七層。其協(xié)議格式簡單、通俗易懂，便于開發(fā)和集成，方便形成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。

三、種類

       Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP三種報文類型。有何區(qū)別呢？

       簡單來說，Modbus協(xié)議使用串口傳輸時可以選擇RTU或ASCII模式，ASCII 模式采用LRC校驗，RTU模式采用16 位CRC校驗。通過以太網(wǎng)傳輸時使用TCP，這種模式不使用校驗，因為TCP協(xié)議是一個面向連接的可靠協(xié)議。對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。

       另外，在實際的應(yīng)用過程中，為了解決某一個特殊問題，工業(yè)廠商喜歡修改Modbus規(guī)約來滿足實際需求。但這并不影響網(wǎng)關(guān)使用，鋇錸技術(shù)網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)廠商自己的Modbus協(xié)議來定制產(chǎn)品，在相關(guān)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品說明書內(nèi)都有注明協(xié)議使用方法。

四、Modbus協(xié)議格式

       數(shù)據(jù)包主要是由四個模塊組成，從機地址，功能碼，數(shù)據(jù)，校驗。

        從機地址：（占用1字節(jié)）Modbus總線上有很多的從機，用不同地址來標識，如若是主機發(fā)出，則可以發(fā)送到相應(yīng)的采集，如果是從機應(yīng)答，主機也可以清楚識別判斷信息來自哪個從機。

       功能碼：（占用1字節(jié)）功能碼類型大致就是讀和寫功能，根據(jù)需要，填寫不同功能碼即可。常見的八種功能碼：

       數(shù)據(jù)：（根據(jù)功能碼占用多個字節(jié)）功能碼不同，數(shù)據(jù)便不同。

       校驗：（占用2個字節(jié)）為了保持數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，Modbus協(xié)議使用可靠的CRC校驗。

在這需要注意，數(shù)據(jù)包正確無誤地發(fā)送到相應(yīng)的從機時，從機執(zhí)行相應(yīng)操作，并發(fā)送反饋數(shù)據(jù)給主機，如果發(fā)送從機地址或功能碼是錯誤的，從機不會有任何響應(yīng)，其他錯誤即會發(fā)送相應(yīng)錯誤碼。

       弄清楚了Modbus協(xié)議規(guī)范，數(shù)據(jù)上傳也就簡單多了，并且鋇錸技術(shù)的Modbus采集網(wǎng)關(guān)都有寄存器地址數(shù)據(jù)處理功能，從Modbus寄存器中提取所需數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成MQTT數(shù)據(jù)上云。

至此，要使用 Modbus 實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集和控制，可以按照以下步驟進行：

A.確定通信協(xié)議：感知設(shè)備使用的是Modbus RTU還是TCP協(xié)議，也就是使用串口還是網(wǎng)口。

       B.確定數(shù)據(jù)采集和控制類型：一般的采集類型有工廠信息管理數(shù)據(jù)、生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)等等，以及是該類型是16bit、32bit還是按位讀寫方式，然后選用相應(yīng)的寄存器地址。

       C.配置 Modbus 主站：將采集網(wǎng)關(guān)（ Modbus 主站）連接到感知設(shè)備，配置網(wǎng)關(guān)的通信協(xié)議和參數(shù)。

       D.配置感知設(shè)備：配置感知設(shè)備的 Modbus 通信協(xié)議和通信參數(shù)

       E.讀取和寫入數(shù)據(jù)：通過網(wǎng)關(guān)（主站）向感知設(shè)備發(fā)送讀取和寫入數(shù)據(jù)的命令，根據(jù)需要進行數(shù)據(jù)查看狀態(tài)或控制操作。

       這里補充幾點，首先采集數(shù)據(jù)上云，則是網(wǎng)關(guān)作為Modbus主站，將Modbus從站數(shù)據(jù)采集上來之后轉(zhuǎn)換成MQTT協(xié)議對接華為云、亞馬遜云、阿里云、ThingsBoard、Sparkplug B、鋇錸云平臺。其次，網(wǎng)關(guān)絕大多數(shù)支持數(shù)據(jù)TSL/SSL、X .509證書、密鑰加密、OpenVPN、APN專用網(wǎng)絡(luò)、離線緩存等安全功能，大大提高Modbus設(shè)備到云端通信的安全性，防止數(shù)據(jù)泄露或通信故障等問題。

      最后，網(wǎng)關(guān)多種多樣，在實際應(yīng)用中，要根據(jù)具體的數(shù)據(jù)采集和控制需求，選擇合適的 Modbus 網(wǎng)關(guān)設(shè)備，以實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集和控制。