01什么是Modbus

Modbus，顧名思義，是一種串行通信協議，通常用于工業上。它是由Modicon公司（現在的施耐德電氣 Schneider Electric）于1979年為使用可編程邏輯控制器（PLC）通信而發表，后來廣泛應用在工業控制器、HMI和傳感器上，逐漸被其他廠商所接受，成為了一種主流的通訊協議，用于和外圍設備進行通訊。

基于Modbus完全免費、幀格式簡單緊湊易部署和維護、修改移動本地的比特或字節限制少的特性，所以Modbus應用范圍非常廣泛。

02Modbus通訊過程

Modbus是主從方式通信。換言之，不能同步進行通信。總線上每次只有一個數據進行傳輸，即主機發送，從機應答，主機不發送，總線上就沒有數據通信。

事實上，Modbus網絡上只有一個主機，可支持多達247各遠程從屬控制器，但是實際所支持的從機數要由所用通信設備決定。采用這個系統，各PC可以和中心主機交換信息而不影響各PC執行本身的控制任務。

舉例1: 一個總線上有一個主機，多個從機，主機查詢其中一個從機。

首先你必須得這些從機分配地址(這樣才能知道哪個從機，而且每個地址必須唯一)，分配好地址后，主機要查詢，然后數據下發(數據內容下面會介紹)，從機得到主機發送的數據,然后對應地址的從機回復，主機得到從機數據，這樣就是一個主機到從機的通信過程，是不是很簡單呢?

舉例2: 就像打電話，你得知道對方的電話(這就是唯一地址)，然后你打電話過去，相當于主機查找從機，然后對方接通電話，給你回復(返回數據)，正常是這樣的。

如果這時候，對方正在打電話，你應該聽到的是"sorry,you…"這一串英文，說明對方忙，但是Modbus總線不能判斷對方是否忙，也沒有對應的仲裁機制，好了你又知道了一個缺點了！但是，你可以用軟件的辦法進行適當的處理數據！

03Modbus的模式

在談及Modbus的模式之前，先了解：Modbus在7層OSI參考模型中屬于第七層應用層，數據鏈路層有兩種：基于標準串口協議和TCP協議，物理層可使用3線232、2線485、4線422，或光纖、網線、無線等多種傳輸介質。

許多工業設備，包括PLC、DCS、智能儀表、變頻器等都在使用Modbus協議作為他們之間的通訊標準。有了Modbus，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控。

從圖上可以看出，Modbus協議包括ASCII、RTU、TCP等，并沒有規定物理層。該協議定義了控制器能夠認識和使用的消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信的。

基于此，一般可以將Modbus的傳輸模式分成三種：

? Modbus-RTU

數據按照標準串口協議進行編碼，是使用最廣泛的一種Modbus協議，采用CRC-16_Modbus校驗算法。

Modbus RTU 協議是一種開放的串行協議，廣泛應用于當今的工業監控設備中。該協議使用 RS-232 或 RS-485 串行接口進行通信，并得到市場上幾乎所有商業 SCADA、HMI、OPC 服務器和數據采集軟件程序的支持。

? Modbus-ASCII

所有數據都是ASCII格式，一個字節的原始數據需要兩個字符來表示，效率低，采用LRC校驗算法。僅支持透明傳輸。

在ASCII模式，報文用特殊的字符區分幀起始和幀結束。一個報文必須以一個‘冒號’(：)(ASCII十六進制3A)起始，以‘回車-換行’(CRLF)對(ASCII十六進制0D和0A)結束。設備連續的監視總線上的‘冒號’字符。當收到這個字符后，每個設備解碼后續的字符一直到幀結束。報文中字符間的時間間隔可以達一秒。如果有更大的間隔，則接受設備認為發生了錯誤。

? Modbus-TCP

基于TCP/IP協議，占用502端口，數據幀主要包括兩部分：MBAP（報文頭）+PDU（幀結構），數據塊與串行鏈路是一致的。

以上三種協議，一個設備通常只會有一種協議。實際使用要根據設備使用手冊來選擇采用哪種模式。在有些場合也會看到設備能支持多種Modbus模式，這是因為對于所有的這三種通信協議在數據模型和功能調用上都是相同的，只有封裝方式是不同的，所以集成到一起了。

而對于Modbus的ASCII、RTU和TCP協議來說，其中TCP和RTU協議非常類似，只要把RTU協議的兩個字節的校驗碼去掉，然后在RTU協議的開始加上5個0和一個6并通過TCP/IP網絡協議發送出去即可。

04Modbus 場景應用

目前，市場上針對Modbus協議的產品五花八門，其中最常見、最普遍的是進行協議轉換的是DTU，DTU 不僅可以進行串口設備與網絡間數據雙向傳輸免去布線煩惱，有的還能適配到云服務平臺，滿足企業智能化運維。

GC511 是工業DTU 的典型代表，高性能、低功耗、即插即用實現設備數據采集和管理，兼容RS485通信方式，可對接主流工業協議和業務系統，支持邊緣計算、AI算法，開放API，覆蓋工業物聯網多個行業多種應用需求。

GC511 DTU是如何實現了串口設備與網絡間數據雙向傳輸的呢？得益于Modbus協議可以實現一主多從（主機通過輪詢的形式與多個從機進行通訊）的特性，GC511 DTU 下接傳感器、儀表等數據設備，將下位機設備的數據采集到 DTU 上，DTU通過4G Cat.1網絡將數據傳輸到云平臺，以此實現設備數據遠程采集、全天候監測，方便企業相關人員能在可視化管理后臺掌握設備運行狀態。

Modbus DTU GC511 特點如下：

1、安裝便捷，即插即用

設備具有數據采集、有線/4G數據傳輸設備監控功能，可匹配所有支持標準Modbus協議的設備，無需布線，安裝便捷，即插即用。

2、遠程運維，提高效率

可以支持多個串口設備并轉發到遠程網絡，快速接入機智云物聯網平臺，實現設備數據采集、全天候監測，企業工作人員在線即可實現設備遠程管理、遠程調試等，提升產品線運維效率，提升產品效能。

3、質量可靠，應用廣

工業級設計標準，集成了STM32 MCU，具備12-24V寬壓電源、插拔SIM、485串口、硬件看門狗等必要功能，適用于環境監控系統、工廠機器設備、生產線運行狀態監控系統、生產信息采集系統等無線監測與預警。

Modbus DTU GC511在紡織工業聯網的應用案例

通過GC511 DTU實時采集織機設備數據并上傳云端，實現7＊24小時遠程監控、產量統計、故障告警預知等，智能排產調控區域訂單，實現高質產品、高效管理、快速反應的柔性生產鏈。

基于多年的軟硬件經驗，機智云開發者中心上新了適配“Modbus協議”的功能服務，滿足廣大開發者、廠商的個性化、定制化開發需求。