Modbus RTU/TCP、OPC

### Modbus RTU与TCP协议介绍

Modbus 是一种广泛应用的工业通信协议，支持多种物理接口和传输模式。Modbus RTU 和 Modbus TCP 是两种常见的变体。

#### Modbus RTU
Modbus RTU 使用串行通信方式，在单片机上容易实现，适用于 RS-485 或者 RS-232 接口[^2]。其帧结构紧凑高效，适合低带宽环境下的稳定通讯需求。它定义了一种独立于底层硬件的具体应用层消息格式——即PDU (Protocol Data Unit)。

#### Modbus TCP
相比之下，Modbus TCP 则运行在以太网之上，并利用 IP 地址来识别网络中的各个节点。这种版本简化了配置过程并提高了灵活性，因为它不再受限于传统的RS-485总线拓扑结构；而是可以构建更复杂的星型或其他类型的局域网布局[^1]。此外，由于采用了标准的TCP/IP栈作为基础架构的一部分，因此能够更好地融入现代企业级信息系统之中。

import socket

def modbus_tcp_request(slave_id, function_code, start_address, quantity):
    # 构建请求报文
    request = bytearray([slave_id, function_code])
    request.extend(start_address.to_bytes(2, byteorder='big'))
    request.extend(quantity.to_bytes(2, byteorder='big'))

    with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:
        s.connect(('localhost', 502))  # 连接到本地服务器上的MODBUS/TCP服务端口
        s.sendall(request)

        response = s.recv(1024)
    
    return response

### OPC技术详解

OPC（OLE for Process Control）最初由微软开发，旨在提供统一的数据访问机制给不同供应商制造的各种现场设备和服务软件之间建立连接。随着时间的发展，OPC基金会推出了基于Web Services的新一代标准—OPC UA（Unified Architecture），这使得跨平台互操作性和安全性得到了极大提升。

OPC UA 不仅继承和发展了原有功能集的优点，还引入了许多新的特性：

- **抽象模型**：允许创建复杂对象及其属性表示；
- **安全认证**：通过SSL/TLS加密通道保护敏感信息交换；
- **历史存档**：记录过去一段时间内的变量变化情况以便后续分析；
- **报警通知**：及时向客户端发送异常事件提醒。

<ua:ApplicationDescription>
  <ua:ApplicationUri>urn:example.org:Server</ua:ApplicationUri>
  <ua:ProductUri>http://example.org/UA/SampleServer</ua:ProductUri>
  ...
</ua:ApplicationDescription>

### 工业通信标准对比分析

当比较这些不同的工业通信解决方案时，可以从多个角度出发考虑它们各自的优缺点：

| 特性 | Modbus RTU | Modbus TCP | OPC UA |
| -- |
| 底层依赖 | 需要特定串行接口(RS-485/232) | 基于以太网(Ethernet),无需额外硬件 | 支持各种传输协议(TCP, MQTT等) |
| 易用程度 | 简单易懂，易于实施 | 继承了Modbus的优势同时增加了网络兼容性 | 复杂度较高但提供了丰富的特性和良好的扩展能力 |
| 安全性能 | 较弱的安全措施 | 取决于所使用的网络安全策略 | 内置强大的身份验证和支持TLS加密 |

尽管每种方案都有独特之处，但在实际应用场景中往往需要综合评估项目具体要求后再做决定。对于小型控制系统来说，可能Modbus RTU已经足够满足日常运作所需；而对于大型分布式工厂，则建议采用更加先进可靠的OPC UA框架来进行全面管理和优化生产流程。