Modbus RTU 编程：用于工业自动化和通信的权威指南 (modbus_comm_load)

简介

Modbus RTU（远程终端单元）是一种工業通信协议，广泛应用于工业自动化和控制系统中。它是一种主从式协议，其中一个主设备（Master）与多个从设备（Slave）通信。本指南旨在为 Modbus RTU 编程提供全面且深入的指导，重点介绍其原理、实现、常见功能以及故障排除技巧。

Modbus RTU 原理

Modbus RTU 通过串行链路使用 RTU (Remote Terminal Unit) 模式进行通信。它是一种半双工协议，一次只能有一个设备收发数据。消息由帧组成，帧由一个开始位、多个数据位、一个奇偶校验位和一个停止位组成。

Modbus RTU 实现

Modbus RTU 可在各种硬件平台和软件环境中实现。以下是一些常见的实现方法：

• 微控制器：Arduino、Raspberry Pi、STM32 等微控制器可用于构建 Modbus RTU 主或从设备。
• PLC：西门子、罗克韦尔自动化等可编程逻辑控制器 (PLC) 通常支持 Modbus RTU 通信。
• SCADA 系统：Ignition、WinCC 等数据采集和控制 (SCADA) 系统可用于与 Modbus RTU 设备通信。
• 软件库：Modbus4J、JLibModbus、PyModbus 等软件库可简化 Modbus RTU 编程。

Modbus RTU 功能

Modbus RTU 提供了一系列功能，使主设备能够与从设备进行交互。这些功能包括：

• 读取线圈状态：主设备可以读取从设备中单个线圈或一组线圈的状态。
• 读取寄存器：主设备可以读取从设备中单个寄存器或一组寄存器。
• 写入线圈：主设备可以将单个线圈或一组线圈的状态写入从设备。
• 写入寄存器：主设备可以将单个寄存器或一组寄存器写入从设备。
• 诊断：主设备可以执行诊断功能，例如回波测试和异常响应。

Modbus RTU 故障排除

在实现和使用 Modbus RTU 时，可能会遇到一些故障。常见的故障排除技巧包括：

• 检查硬件连接：确保串行连接正确建立，电缆质量良好。
• 验证通信参数：确保主设备和从设备使用相同的波特率、奇偶校验和停止位设置。
• 使用分析仪：使用串行分析仪捕获通信并检查帧格式和数据。
• 检查地址：确保主设备和从设备的地址正确。
• 检查数据类型：确保主设备和从设备使用兼容的数据类型（例如，整数、浮点数）。

结论

Modbus RTU 是工业自动化和通信中广泛使用的协议。通过理解其原理、实现、功能和故障排除技巧，开发人员可以设计和部署可靠且有效的 Modbus RTU 系统。本指南旨在为 Modbus RTU 编程提供全面的参考，并帮助工程师和技术人员充分利用此协议的强大功能。

Modbus和Profibus的区别

一、主体不同

1、modbus：是一种串行通信协议，是Modicon公司于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准（Defacto），并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。

2、Profibusrofibus-DP：具有高速低成本，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信协议。与PROFIBUS－PA、PROFIBUS-FMS共同组成了PROFIBUS标准。

二、协议特点不同

1、modbus：在一个数据链路上只能处理247个地址，这种情况限制了可以连接到主控站点的设备数量。只有一个主机，所有通信都由他发出。网络可支持247个之多的远程从属控制器，但实际所支持的从机数要由所用通信设备决定。

2、Profibusrofibus-DP：用于现场设备级的高速数据传送，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。

三、传输特点不同

1、modbus：协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。数据通讯采用Maser/Slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求。

2、Profibusrofibus-DP：协议明确规定了用户数据怎样在总线各站之间传递，但用户数据的含义是在PROFIBUS行规中具体说明的。PROFIBUS主站之间采用令牌传送方式，主站与从站之间采用主从方式。令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权。

通信和设备

Modbus协议是一个master/slave架构的协议。有一个节点是master节点，其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点。每一个slave设备都有一个唯一的地址。

在串行和MB+网络中，只有被指定为主节点的节点可以启动一个命令（在以太网上，任何一个设备都能发送一个Modbus命令，但是通常也只有一个主节点设备启动指令）。

一个ModBus命令包含了打算执行的设备的Modbus地址。所有设备都会收到命令，但只有指定位置的设备会执行及回应指令（地址0例外，指定地址0的指令是广播指令，所有收到指令的设备都会运行，不过不回应指令）。

所有的Modbus命令包含了检查码，以确定到达的命令没有被破坏。基本的ModBus命令能指令一个RTU改变它的寄存器的某个值，控制或者读取一个I/O端口，以及指挥设备回送一个或者多个其寄存器中的数据。

有许多modems和网关支持Modbus协议，因为Modbus协议很简单而且容易复制。它们当中一些为这个协议特别设计的。有使用有线、无线通信甚至短消息和GPRS的不同实现。不过设计者需要克服一些包括高延迟和时序的问题。