浅析Modbus RTU与Modbus TCP协议

在上个世纪70年代，工业自动化领域处于快速发展时期，不同设备商之间百舸争流，但是他们的快速发展也带来了一些问题。当时不同厂商的设备使用的是不同的协议，这让他们的设备之间无法进行通信。为了解决这个问题，Modbus协议应运而生。它是一种开放、标准化的协议，可以支持多种数据类型和功能码，能够满足不同的通信需求。Modbus协议，包括ASCII、RTU和TCP三种类型。当Modbus协议使用串口传输时，可以选择前两种类型，但是需要对数据进行校验。当使用以太网传输时，就用到了TCP类型，这种类型是不需要进行校验的。由于Modbus ASCII的数据主要使用ASCII码来传输的，传输效率较低，目前已经较少被人使用。相比之下，Modbus RTU和Modbus TCP更适合对传输效率要求更高的现代工业环境使用。本文将浅析这两个协议，介绍它们的工作原理和应用场景，希望对你有所帮助。

 Modbus 通信原理

 Modbus通信是这样的，它采用主从通信模式，就是指有主设备和从设备，主设备能对传输进行初始化，然后发送请求给从设备，从设备不能主动应答，只能根据主设备的请求进行应答。然后从设备执行请求的操作，再向主设备发送响应。主设备接收到响应后，对它进行解析响应，这样就完成了一次通信过程。 一个主设备，可以同时连接一个或多个从设备，但是一次通信只能有1个主设备和1个从设备。主设备如果连接1个从设备，它们之间采用单播模式进行通信；如果连接的是多个从设备，则选择广播模式进行通信。 

Modbus RTU工作原理 

Modbus RTU支持多种电气接口，如RS 232、RS 485和RS 422等。它的数据传输采用二进制形式传输，每个字节包含两个4位十六进制数。RTU协议指令由地址码、功能码、起始地址、数据、校验码5个部分组成。例如发送指令: 01 03 76 83 00 0C AE 6F，其中，01是地址码，代表从机地址；03是功能码，表示“读”；76 83是寄存器的地址；00 0C是读取寄存器的个数；AE 6F代表CRC校验。

 应用场景 

由于Modbus RTU是以二进制形式进行数据传输，简单而稳定，所以它非常适用于长距离通信、难以布线的场景或者设备分布较广的场景，例如工业自动化场景、小型控制系统等。  

Modbus TCP工作原理 

Modbus TCP是为Modbus数据能在以太网上传输而产生的，使用了TCP502端口。Modbus TCP在Modbus RTU的基础上，加上了MBAP报文头，由于TCP基于可靠连接的服务，所以不再使用CRC校验，而是依赖于TCP本身的错误检测和纠正机制。例如发送指令：68 68 00 00 00 06 01 03 33 65 00 04，其中，68 68是报文序列号；00 00表示是用的Modbus TCP协议；00 06表示后续字节数；01是从机地址；03为功能码；33 65表示寄存器地址;00 04是寄存器的个数。 

应用场景 

因为Modbus TCP具有传输速度快、可靠性高的特点，所以它常常被用在更复杂的场景中，例如大型控制系统、楼宇控制系统等。  

实际工作中，我们在选择到底使用Modbus RTU还是Modbus TCP协议时，需要进行综合考虑，如果是已有网络基础设施、需要大量数据交换、快速响应，TCP是不错的选择；如果需要简单、低成本、长距离通信，那么使用RTU是明智的选择。

Modbus RTU和Modbus TCP像是一对好朋友，它们各有优势，一起帮助设备之间进行有效的数据交换。随着工业4.0的发展，它们将融入更多的新技术，让我们一起期待未来它们为工业自动化发展创造更多的价值！