通用工业协议 - MODBUS 的基本介绍和应用
Modbus Modicon通信协议（Modicon Communication Protocol）是一种用于工业自动化领域的串行通信协议。它最初由Modicon公司（现为施耐德电气的一部分）于1979年开发，用于其PLC（可编程逻辑控制器），如今已成为工业领域通信协议的行业标准，并得到广泛应用。
Modbus协议是工业电子设备之间常用的连接方式，尤其适用于监控系统。PLC、DCS、智能仪表等设备均采用Modbus协议作为标准通信协议。借助Modbus协议，不同厂商生产的控制设备可以连接到工业网络中，实现集中监控。
Modbus协议采用主从通信技术，涉及一个主站（Master）和多个从站（Slave）之间的通信，其中主站主动查询和操作从站。通常，我们将主控设备使用的协议称为Modbus Master协议，将从站使用的协议称为Modbus Slave协议。
它通过串行线路在设备间进行数据传输。最简单的设置是使用串行电缆连接两个设备（主设备和从设备）的串行端口。数据以 1 和 0 的序列形式发送，称为比特。每个比特都以电压的形式发送。0 表示正电压，1 表示负电压。主站向从站发送请求，从站则响应这些请求。
通过 Modbus 协议，控制器可以相互通信，也可以通过网络（例如以太网）与其他设备通信。典型的主设备包括工业计算机和工业控制器，而典型的从设备包括 PLC（可编程逻辑控制器）等。
Modbus 是 OSI 模型第七层（应用层）的消息传输协议，用于在连接到不同类型总线或网络的设备之间提供客户端/服务器通信。Modbus 应用层协议和服务规范主要包括两类：一类是基于串行链路的 Modbus（Modbus 串行链路基于 TIA/EIA 标准：232-F 和 485-A），另一类是基于 TCP/IP 的 Modbus（Modbus TCP/IP 基于 IETF 标准：RFC793 和 RFC791）。Modbus 通信协议栈的示意图如下所示：
Modbus 也是一种开放协议，可在不同的物理层上运行。其通信物理接口可选择串行端口（包括 RS-232 和 RS-485）或以太网端口。最常用的 Modbus 协议包括以下四种类型：Modbus ASCII、Modbus RTU、Modbus Plus 和 Modbus TCP。在串行端口模式下，常用的帧格式为 RTU（远程终端单元）和 ASCII。在以太网模式下，通常使用 Modbus TCP 协议。Modbus 协议与我们通常自定义的协议基本一致，其数据传输格式由起始帧、数据帧、校验帧等组成，只是 Modbus 协议更加标准化。
Modbus 协议定义了一个简单的协议数据单元 (PDU)，它独立于底层通信层。特定总线或网络上的 Modbus 协议映射可以在应用数据单元 (ADU) 中引入一些额外的字段。通用的 Modbus 帧协议如下图所示：
具体分析如下：
1）地址字段：子节点的地址信息。
2) 功能码：此字段指示服务器要执行的操作。有效代码范围为十进制 1-255（128-255 保留用于异常响应）。客户端向服务器设备发送消息时，功能码字段会告知服务器要执行的操作。
3) 数据：传输的数据的内容，在某个请求中，数据可能不存在（长度为 0），在这种情况下，服务器不需要任何附加信息，功能代码仅指定操作。
4）错误检查：验证接收和发送的数据是否正确。
如果正确接收到的 Modbus ADU 中不存在与所请求的 Modbus 功能相关的错误，则服务器发送给客户端的响应数据字段将包含所请求的数据。如果存在与所请求的 Modbus 功能相关的错误，则该字段将包含一个异常代码，服务器应用程序可以使用该异常代码来确定要执行的下一步操作。
总而言之，Modbus协议的简洁性、灵活性和易用性使其成为工业自动化领域最常用的通信协议之一。由于其开放性，Modbus协议得到了广泛的支持，使得不同制造商的设备能够在同一网络中轻松通信。