MODBUS通讯协议简介
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工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制，如今已进入网络时代，工业控制器连网也为网络管理提供了方便。Modbus就是

工业控制器的网络协议中的一种。
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一、概述
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Modbus
协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通

信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。
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此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备

的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。
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当在一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动

。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧

或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。
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1、在Modbus网络上转输
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标准的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直

接或经由Modem组网。控制器通信使用主—从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备

查询提供的数据作出相应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。
主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方

式查询的，则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检

测域。
从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生

一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。
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2、在其它类型网络上转输
在其它网络上，控制器使用对等技术通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。这样在单独的通信过程中，控制器既可作

为主设备也可作为从设备。提供的多个内部通道可允许同时发生的传输进程。
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在消息位，Modbus协议仍提供了主—从原则，尽管网络通信方法是“对等”。如果一控制器发送一消息，它只是作为主设备，并

期望从从设备得到回应。同样，当控制器接收到一消息，它将建立一从设备回应格式并返回给发送的控制器。
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Modbus是Modicon公司为其PLC与主机之间的通讯而发明的串行通讯协议。其物理层采用RS232、485等异步串行标准。由于其开放

性而被大量的PLC及RTU厂家采用。
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Modbus通讯方式采用主从方式的查询－相应机制，只有主站发出查询时，从站才能给出响应，从站不能主动发送数据。主站可以

向某一个从站发出查询，也可以向所有从站广播信息。从站只响应单独发给它的查询，而不响应广播消息。
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Modbus的串行口的通讯参数（如波特率、奇偶校验）可由用户选择。
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二、MODBUS协议传送方式
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MODBUS通讯协议有两种传送方式:RTU方式和ASCII方式,两种方式如下所示:
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项目 RTU方式 ASCII方式
字节长度 8 BITS 7 BITS
奇偶校验 1 BIT OR 0 BIT 1 BIT OR 0 BIT
字节中止 1 BIT OR 2 BITS 1 BIT OR 2 BITS
开始标记 不要 :(冒号)
结束标记 不要 CR,LF
数据间隔 < 24 BIT < 1S
出错检验方式 CRC-16 LRC
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控制器能设置为两种传输模式（ASCII或RTU）中的任何一种在标准的Modbus网络通信。用户选择想要的模式，包括串口通信参数

（波特率、校验方式等），在配置每个控制器的时候，在一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。
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三、Modbus消息帧
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两种传输模式中（ASCII或RTU），传输设备以将Modbus消息转为有起点和终点的帧，这就允许接收的设备在消息起始处开始工作

，读地址分配信息，判断哪一个设备被选中（广播方式则传给所有设备），判知何时信息已完成。部分的消息也能侦测到并且错误能

设置为返回结果。
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1、ASCII帧
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使用ASCII模式，消息以冒号（:）字符（ASCII码 3AH）开始，以回车换行符结束（ASCII码 0DH,0AH）。
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其它域可以使用的传输字符是十六进制的0...9,A...F。网络上的设备不断侦测“:”字符，当有一个冒号接收到时，每个设备都

解码下个域（地址域）来判断是否发给自己的。
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消息中字符间发送的时间间隔最长不能超过1秒，否则接收的设备将认为传输错误。
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2、RTU帧
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使用RTU模式，消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。在网络波特率下多样的字符时间，这是最容易实现的(如下图

的T1-T2-T3-T4所示)。传输的第一个域是设备地址。可以使用的传输字符是十六进制的0...9,A...F。网络设备不断侦测网络总线，

包括停顿间隔时间内。当第一个域（地址域）接收到，每个设备都进行解码以判断是否发往自己的。在最后一个传输字符之后，一个

至少3.5个字符时间的停顿标定了消息的结束。一个新的消息可在此停顿后开始。
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整个消息帧必须作为一连续的流转输。如果在帧完成之前有超过1.5个字符时间的停顿时间，接收设备将刷新不完整的消息并假

定下一字节是一个新消息的地址域。同样地，如果一个新消息在小于3.5个字符时间内接着前个消息开始，接收的设备将认为它是前

一消息的延续。这将导致一个错误，因为在最后的CRC域的值不可能是正确的。
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3、地址域
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消息帧的地址域包含两个字符（ASCII）或8Bit（RTU）。可能的从设备地址是0...247
(十进制)。单个设备的地址范围是1...247。主设备通过将要联络的从设备的地址放入消息中的地址域来选通从设备。当从设备发送

回应消息时，它把自己的地址放入回应的地址域中，以便主设备知道是哪一个设备作出回应。
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地址0是用作广播地址，以使所有的从设备都能认识。当Modbus协议用于更高水准的网络，广播可能不允许或以其它方式代替。
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4、如何处理功能域
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消息帧中的功能代码域包含了两个字符（ASCII）或8Bits（RTU）。可能的代码范围是十进制的1...255。当然，有些代码是适用

于所有控制器，有此是应用于某种控制器，还有些保留以备后用。
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当消息从主设备发往从设备时，功能代码域将告之从设备需要执行哪些行为。例如去读取输入的开关状态，读一组寄存器的数据

内容，读从设备的诊断状态，允许调入、记录、校验在从设备中的程序等。
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当从设备回应时，它使用功能代码域来指示是正常回应(无误)还是有某种错误发生（称作异议回应）。对正常回应，从设备仅回

应相应的功能代码。对异议回应，从设备返回一等同于正常代码的代码，但最重要的位置为逻辑1。
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例如：一从主设备发往从设备的消息要求读一组保持寄存器，将产生如下功能代码：
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0 0 0 0 0 0 1 1 （十六进制03H）
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对正常回应，从设备仅回应同样的功能代码。对异议回应，它返回：
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1 0 0 0 0 0 1 1 （十六进制83H）
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除功能代码因异议错误作了修改外，从设备将一独特的代码放到回应消息的数据域中，这能告诉主设备发生了什么错误。
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主设备应用程序得到异议的回应后，典型的处理过程是重发消息，或者诊断发给从设备的消息并报告给操作员。
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5、数据域
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数据域是由两个十六进制数集合构成的，范围00...FF。根据网络传输模式，这可以是由一对ASCII字符组成或由一RTU字符组成

。
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