Modbus协议详解：功能码与报文解析

"Modbus协议是一种广泛应用的串行通信协议，最初由Modicon公司在1979年为PLC设计，现已成为工业设备间通信的通用标准。它允许多个设备通过串口、以太网或其他互联网协议的网络进行通信。Modbus协议主要有三种形式：Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus/TCP，分别对应不同的物理层和数据封装方式，但数据模型和功能调用保持一致。其中，RTU和ASCII是串行通信的变种，RTU以二进制形式紧凑传输数据并使用CRC校验，ASCII则为可读性较强但效率较低的文本格式。TCP/IP版本的Modbus/TCP通常用于以太网环境，不需要额外的校验和计算。 Modbus协议采用主/从架构，即一个主节点(master)可以向多个从节点(slave)发送请求，从节点响应主节点的指令。这种架构在数据采集和监视控制系统(SCADA)中尤为常见，例如，用于连接监控计算机和远程终端单元(RTU)以收集和控制远程设备的数据，如温度和湿度测量装置。 在Modbus RTU和ASCII中，每个消息包含设备地址、功能码、数据域和校验码。功能码定义了特定的操作，如读取输入寄存器、写入单个线圈等。主节点发送请求，从节点根据接收到的功能码执行相应操作并返回响应。错误检测机制如CRC或LRC确保数据传输的准确性。 Modbus协议的广泛使用得益于其公开发布且无需支付版税，以及相对简单的网络部署。然而，存在不同供应商和设备之间的兼容性问题，因为并非所有设备都完全遵循标准。此外，虽然Modbus协议简单且高效，但其安全性和数据完整性相对较弱，不适用于需要高级加密和验证的网络环境。 Modbus还有专有的扩展版本——Modbus Plus (Modbus+或MB+)，它提供高速令牌环网络，使用1Mbit/s的双绞线和专用的协处理器，提供更好的物理层性能。但它需要特殊接口和转换设备，通常与ISA、PCI或PCMCIA总线兼容。 Modbus协议因其简单、通用和低成本而被广泛采用，但随着技术的发展，现代工业环境中更复杂的通信需求促使人们转向支持更强大安全特性和更高性能的协议，如OPC UA或PROFINET。尽管如此，Modbus协议仍然是自动化系统中不可或缺的一部分，特别是在现有系统升级和维护时。"