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Modbus协议是一种广泛应用于工业控制领域的通信协议，由Modicon公司于1979年推出。它已成为工业电子设备通信的标准，用于PLC、DCS、智能仪表等设备之间的数据交换。Modbus协议支持多种通信方式，包括RS-232、RS-422、RS-485以及以太网，且可通过不同链路（如RS-485、TCP/IP）进行通信。

Modbus协议简介

Modbus协议主要用于设备之间的数据读写操作，支持以下功能码：

• 03功能码：读取保持寄存器内容。
• 04功能码：读取输入寄存器内容。
• 06功能码：预置单个保持寄存器。
• 16功能码：预置多个保持寄存器。

输入寄存器和保持寄存器的区别在于：

• 输入寄存器只能由I/O系统改变，主机不能修改。
• 保持寄存器允许主机读写，适用于需要上位机控制的场景。

Modbus地址格式为3xxxx或4xxxx，前两位表示数据类型，后四位为寄存器地址。

Modbus拓扑结构与通讯方式

Modbus协议基于OSI模型，定义了链路层和物理层，支持两种拓扑结构：

通信方式分为：

• 单播模式：主站发送单播请求，子节点响应。
• 广播模式：主站发送广播请求，所有子节点接收但不响应。

Modbus报文帧与传输模式

Modbus报文由功能码、地址和数据构成，传输模式分为：

• RTU模式：高效传输，数据位为8位，校验位为奇偶校验或无校验。
• ASCII模式：数据转为ASCII字符传输，适用于低速通信。

RS-485总线通信协议

RS-485总线支持点对多点通信，通信距离可达1200米，抗干扰能力强。总线接线分为：

• 半双工：两根信号线，一个奇偶校验位。
• 全双工：四根信号线，两根奇偶校验位。

总线拓扑结构：

• 总线式：手牵手菊花链连接。
• 星形：通过485集线器实现星型布线。
• 树形：适用于分布式设备，需485中继器。

Modbus RTU串行链路通信

Modbus RTU协议采用CRC校验码，传输效率高。与Modbus ASCII相比：

• RTU模式传输效率更高，ASCII模式需要额外转换字符。
• RTU模式使用二进制报文，ASCII模式使用ASCII码。

Modbus RTU串口通信实验

硬件连接：

• 使用RS-485总线，设备并联成总线式拓扑。
• 硬件要求：PLC、485模块、串口通信线缆。

软件配置：

• Modbus Poll（主站）和Modbus Slave（从站）配置波特率、数据位、校验等参数。
• Slave配置寄存器地址、功能码、数据长度等。

问题排查

常见问题：

• 硬件连接错误：A、B线接反。
• 参数设置错误：波特率、数据位、校验方式不匹配。
• 编程错误：功能码选择错误、寄存器地址转换错误。
• 数据转化错误：字节序不对、浮点数格式问题。

解决方法：

• 检查硬件连接，确保信号线对应正确。
• 验证参数设置，确认波特率、数据位、校验方式一致。
• 查看PLC手册，正确转换寄存器地址。
• 对比实际读取数据与预期格式，调整字节序或寄存器顺序。

Modbus协议和RS-485总线技术在工业控制中广泛应用，结合Modbus RTU协议实现高效通信，适用于复杂的工业自动化场景。