Modbus 工作原理
工作模式
Modbus 基于主从模式工作。在一个网络中，Modbus 协议通过主设备（客户端）和从设备（服务器）之间的请求-应答机制来交换信息。
下图展示了典型的 Modbus 网络，其中一个 master 设备（client）控制一个或多个 slave 设备（server）。
在标准的 Modbus 网络中，有 1 个主设备和最多 31 个从设备。
通讯特点
主设备-从设备工作原理有如下特点：
- 在同一时间只能有一个主设备连接到网络；
- 只有主设备能够发起通讯并向从设备发送请求；
- 主设备可以使用专门的地址分别访问每个从设备，也可以使用地址 0 同时访问所有从设备；
- 从设备只能向主设备发送应答；
- 从设备不能向主设备或其它从设备发起通讯。
通讯模式
Modbus 协议支持两种通讯模式交换信息：
- 单播模式 —— 主设备通过专门的地址访问从设备，从设备处理请求，然后向主设备发送应答。
- 广播模式 —— 主设备通过地址 0 访问所有从设备，在这种模式下，从设备不对广播消息作出应答。（因此，广播模式的请求指令必须是 Modbus 标准功能中的写指令）
应答时间
应答时间是指从设备对主设备发出的请求做出应答所需的时间。其中 Modbus 协议的数值：
- 典型值 < 10 ms （90% 的信息交换）
- 最大值大约是 700 ms，因此建议在发送完一个 Modbus 请求后暂停 1 秒钟再继续。
数据交换
Modbus 协议支持两种数据类型：
- 单个位
- 寄存器（16 位）
具体的位和寄存器定义由从设备决定。
地址
使用 Modbus 协议交换的消息包含要处理的数据的地址。每个寄存器都有一个寄存器编号，每类数据（位或寄存器）都有一个 16 位的地址。
在 Modbus 协议规定的 PDU 中 ，规定所有线圈或寄存器地址从 0 开始计算。因此，第 n 号寄存器的地址是 n-1。例如，第 12000 号寄存器的地址是 0x2EDF（11999）。
帧
使用 Modbus 协议交换的所有帧（ADU）最大为 256 字节（ASCII 格式翻倍），其中包括 4 个域：
| 域 | 定义 | 大小（RTU 格式） | 描述 |
|---|---|---|---|
| 1 | 从设备号（地址） | 1 个字节 | 请求的目的地址 - 0 ：广播（涉及所有从设备） - 1-247 ：单播，从设备的唯一地址 |
| 2 | 功能代码 | 1 个字节 | 参阅 Modbus 功能码 |
| 3 | 数据 | 0 到 252 个字节 | 请求数据（或应答数据） |
| 4 | 校验和 | 2 个字节 | CRC 校验和（ASCII 为 LRC） |
下图展示了主设备-从设备工作模型中的帧交换过程。
网络拓扑
Modbus RTU
Modbus RTU 通常基于 RS-485 串行通信链路，RS-485 总线布线规范规定其必须是总线式拓扑结构。在实际布线中，通常采用手牵手菊花链布线方式。例如，Slave 1/2/3 三台 RS-485 设备，Slave1 的 485+ 接入 Slave2 的 485+ 端口，Slave2 的 485+ 再连接到 Slave3 的 485+ 端口，以此类推，485- 的接线方式和 485+ 一样。
Modbus TCP
相对于使用串行链路的 Modbus RTU，Modbus TCP 基于以太网通信，因此其网络拓扑结构更为灵活。从串行链路上一主多从的构造，演变为多客户端/多服务器端的构造模型。
使用 Modbus TCP，主站设备（客户端）可以通过 IP 地址找到 Modbus 从设备（服务器），并通过 Modbus 网关连接到另一个 Modbus RTU 网络。
