Modbus协议详细介绍

1 Modbus协议

定义： 工业领域的应用层通信协议，专门用于工业设备之间的通信

• 实现工业设备间的数据读写：比如 PLC 读取传感器的温度数据、上位机控制变频器的转速
• 统一数据交互标准：解决不同厂商工业设备的兼容性问题，让三菱、西门子、施耐德等设备能互相通信
• 适配工业场景需求：协议简洁、传输可靠，支持长距离传输和抗干扰设计，适配工厂复杂环境
• 简化设备集成：无需复杂配置，仅需约定设备地址、寄存器地址，即可快速实现数据交互

2 有哪些Modbus协议

(1) Modbus RTU协议

基于串口（RS-485/RS-232）传输，采用二进制编码的 Modbus 类型，是工业现场的主流选择

传输效率高（二进制编码紧凑，无冗余字符），抗干扰能力强（适配工厂电磁复杂环境），数据帧格式简洁（含地址、功能码、数据、校验码）

(2) Modbus ASCII协议

基于串口（RS-485/RS-232），但采用 ASCII 字符编码的 Modbus 类型，可读性是核心优势

数据以可见 ASCII 字符传输（如 0-9、A-F），可通过串口工具直接查看原始数据，便于调试；但传输效率低（字符冗余多），抗干扰性弱于 RTU

(3)Modbus TCP协议

基于以太网（TCP/IP）传输，采用二进制编码 + TCP 封装的 Modbus 类型，适配跨网段和远程通信

依托 TCP/IP 协议栈，支持长距离传输（可通过互联网），无需串口转以太网模块；保留 RTU 的高效编码，同时支持多设备并发通信，兼容性强

(4)Modbus Plus协议

Modbus Plus 是施耐德（原 Modicon）推出的闭源工业通信协议，基于令牌环拓扑的串口通信技术，本质是对传统 Modbus RTU 的 "提速 + 扩容" 优化

企业中用的较少，因为其闭源导致兼容性差、成本高

3 串口通信

(1) RS232串口

本质是 "设备间通过单条信号线逐位传输数据" 的通信规范，不涉及数据链路层或应用层协议（需搭配 Modbus RTU、Modbus ASCII 等协议使用）；为上层协议提供传输通道，实现指令下发和数据采集

关键参数：

• 传输性能：默认波特率范围 300bps~115200bps（常用 9600bps、19200bps），传输距离≤15 米（距离过长易受干扰，信号衰减严重）

• 电气特性：采用正负电压表示逻辑（逻辑 1：-3V~-15V；逻辑 0：+3V~+15V），抗干扰能力弱于 RS485（单端传输，易受电磁干扰）

• 连接方式：点对点通信（1 个主设备对应 1 个从设备），不支持多设备组网（同一总线最多 2 个设备）

• 引脚与接口：常用 DB9（9 针）或 DB25（25 针）接口，核心引脚仅 3 个

  ------TXD（发送数据）、RXD（接收数据）、GND（信号地），其余引脚（如 RTS、CTS）用于流控，非必需

优点：

• 协议简单：仅定义物理层，无需复杂配置，即插即用（只需匹配波特率、数据位、校验位）。
• 成本低：接口芯片（如 MAX232）廉价，布线简单（仅需 3 根核心线）。
• 兼容性强：几乎所有工业设备、嵌入式系统都支持 RS232 接口。

缺点：

• 传输受限：距离短（≤15 米）、速率低，无法满足长距离、高速率需求。
• 抗干扰弱：单端传输方式，易受工厂电磁、线缆干扰，导致数据丢包。
• 组网能力差：仅支持点对点，无法实现多设备共享总线（需额外转换器）

(2) RS485

核心定位是 "RS232 的工业增强版"，专为长距离、多设备、抗干扰的工业现场通信设计，是 Modbus RTU 等工业协议的主流传输载体。

本质是 "通过差分信号实现多设备总线型通信" 的物理层规范 ------ 仅负责数据的底层传输，需搭配上层协议（如 Modbus RTU、Profibus）才能实现设备间的数据交互

传输性能：

• 波特率：默认支持 300bps~10Mbps，速率随距离衰减（100kbps 下传输距离最长 1200 米，10Mbps 下仅 12 米）
• 距离：远超 RS232，无中继器时最长 1200 米，加中继器可扩展至数公里。
• 传输方式：采用差分传输（两根信号线 A 线 / 正线、B 线 / 负线，通过两线电压差表示逻辑）：
  逻辑 1：A 线电压比 B 线高 200mV 以上（通常 2~6V）；
  逻辑 0：B 线电压比 A 线高 200mV 以上；
  差分信号能抵消线缆干扰（工业现场电磁干扰被同步叠加在两根线，差值不变），抗干扰性极强
• 组网能力：
  总线型拓扑（所有设备挂在 A/B 两根总线上），支持最多 32 个标准节点（加中继器可扩展至 256 个以上）；
  支持 "半双工通信"（同一时间只能单向传输，需通过使能引脚控制收发切换），部分芯片支持全双工（需额外布线）
• 接口与布线：
  无固定接口形态（工业常用凤凰端子、DB9），核心仅需 A、B 两根信号线 + GND（信号地，可选，提升稳定性）

优点：

• 抗干扰强：差分传输设计，适配工业现场强电磁干扰环境（如电机、变频器附近）
• 传输距离远：满足车间、厂房甚至跨厂区的长距离通信需求
• 组网灵活：总线型拓扑，布线简单（仅需两根线），支持多设备共享总线，成本低
• 兼容性广：几乎所有工业设备（PLC、传感器、模块）都支持 RS485 接口，芯片（如 MAX485、SN75176）廉价易获取

缺点：

• 半双工限制：默认半双工模式下，设备不能同时收发数据，需通过软件 / 硬件控制收发切换（如 Modbus RTU 的主从机制天然适配半双工）
• 需终端电阻：总线两端必须接 120Ω 电阻，否则易出现信号反射导致数据丢包
• 无极性问题：A/B 线接反会导致通信失败（部分工业芯片支持 "无极性 RS485"，可避免该问题）