Modbus协议是工业自动化领域中最广泛使用的通信标准之一。自1979年由施耐德电气（原名Modicon）开发以来，Modbus已经成为一种开放标准，被广泛应用于各种自动化设备之间进行数据交换。随着技术的发展，Modbus协议逐渐演变为三种主要形式：Modbus ASCII、Modbus RTU和Modbus TCP。本文将详细介绍这三种Modbus协议的特点及其应用场景。
Modbus协议最初是为了在工业环境中实现PLC（可编程逻辑控制器）之间的通信而设计的。随着时间的推移，Modbus协议逐渐扩展至支持更多的通信媒介和技术，如以太网和TCP/IP协议栈。尽管Modbus协议已经经历了几十年的发展，但它依然是工业通信领域的一个重要组成部分。
Modbus协议的三种形式
Modbus ASCII：最早的形式
Modbus ASCII是Modbus协议最初的版本之一，它使用ASCII字符集来编码数据，这使得它在早期计算机系统和终端设备中非常有用，因为这些设备通常使用ASCII编码进行通信。然而，由于ASCII编码占用更多带宽且效率较低，因此在现代工业通信中使用较少。
帧结构
每个Modbus ASCII消息都以冒号":"开始，以回车换行符"CR/LF"结束。消息中包含开始字符、设备地址、功能码、数据、LRC（纵向冗余校验）、结束符。
Start: 以冒号":"开头，ASCII十六进制是3AAddress: 地址，十六进制字符表示Function: 功能码，十六进制字符表示Data: 数据，根据功能码变化LRC: 纵向冗余校验码End: CR LF特点
数据以ASCII字符形式传输消息格式独特（开始和结束符）传输速度低于Modbus RTU兼容性不高（为了兼容不能处理二进制数据的旧设备）使用场景
Modbus ASCII协议在调试过程中具有较高的可读性，这有助于技术人员理解和分析通信数据。此外，它仍然可能出现在与遗留系统的交互中。
Modbus RTU：更高效的二进制编码
Modbus RTU（Remote Terminal Unit）协议是一种广泛应用于工业自动化领域的串行通信协议。它使用二进制编码和CRC校验来提高数据传输的效率和准确性。
帧结构
地址: 从站设备地址功能码: 要执行的操作数据: 要读取或接收的数据CRC校验: 用于错误检测特点
使用二进制编码，相比ASCII编码更为紧凑且效率更高消息的校验算法为CRC循环冗余校验物理层通常使用RS-485，支持半双工通信使用场景
Modbus RTU在工业自动化领域使用非常广泛，包括设备监控、远程数据采集、设备参数配置等场景。它可靠且经济高效，非常适合工业环境中的远程通信。
Modbus TCP：基于以太网的扩展
Modbus TCP是基于TCP/IP协议栈的Modbus通信协议扩展，它允许Modbus设备通过以太网进行通信。Modbus TCP结合了Modbus协议的简单性和TCP/IP协议的网络功能。
帧结构
事务处理标识: 客户端生成的随机数协议标识: 固定为 00 00数据长度: 在此之后的数据长度单元标识符: 一般为0，或从站地址功能码: 要执行的操作数据: 读取或接收的数据特点
基于以太网，可以运行在任何支持TCP/IP的网络硬件上支持全双工通信，相对于Modbus RTU的半双工，提高了通信效率高速数据传输，以太网加持，可实现快速数据传输使用场景
Modbus TCP特别适合需要高速数据传输和远程监控的工业自动化应用中，如远程监控工厂自动化系统中的设备、楼宇自动化系统中的集中管理控制等。
Modbus功能码
无论是Modbus ASCII、Modbus RTU还是Modbus TCP，它们共享相同的功能码。这些功能码定义了设备之间的通信请求和响应行为。常用的功能码包括但不限于：
0x01: 读线圈寄存器0x02: 读离散输入寄存器0x03: 读保持寄存器0x04: 读输入寄存器0x05: 写单个线圈寄存器0x06: 写单个保持寄存器0x0f: 写多个线圈寄存器0x10: 写多个保持寄存器总结
Modbus协议及其变体（ASCII、RTU、TCP）各自有其适用的场合。虽然Modbus ASCII因其较低的效率在现代工业通信中使用较少，但Modbus RTU仍然是工业现场最常用的通信方式之一，尤其是在需要简单且经济高效的解决方案时。而Modbus TCP则因其高速度和集成性，在需要远程监控和控制的应用场景中得到了广泛应用。
随着工业4.0概念的提出和发展，Modbus协议继续进化以适应新的需求。未来，Modbus协议可能会进一步融合先进的网络技术和安全性措施，以支持更加复杂和安全的工业自动化系统。无论技术如何变迁，Modbus协议将继续作为工业通信领域不可或缺的一部分发挥重要作用。
