Modbus 总览与工作原理

Modbus = 应用层客户/服务器报文协议
不绑定某一种物理介质：同一 PDU 可跑在 RS-485 RTU 或以太网 TCP 上
官方规格页：https://www.modbus.org/modbus-specifications

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1. Modbus 是什么

Modbus 提供设备间的远程数据访问：读线圈、读寄存器、写单个/多个点等。
通信模型是 Client 发起请求 → Server 应答（串行时代常称 Master/Slave）。

属性	值
起源	Modicon（现施耐德）1979
维护	Modbus Organization
应用层规范	Application Protocol V1.1b3
串行线	Serial Line V1.02（RTU / ASCII）
TCP	Messaging Implementation Guide V1.0b；默认端口 502
最大 PDU	253 字节（继承串行 ADU≤256 的历史约束）
TCP ADU	PDU + 7 字节 MBAP ≈ 260 字节

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2. 分层：PDU 与 ADU

┌─────────────────────────────────────┐
│              PDU                    │  Function Code + Data（传输无关）
├─────────────────────────────────────┤
│              ADU                    │  加上地址 / MBAP / CRC 等
└─────────────────────────────────────┘

传输	ADU 组成（概念）
RTU	Address(1) + PDU + CRC(2)
ASCII	: + 十六进制字符编码 + LRC + CR LF
TCP	MBAP(7) + PDU（无 CRC，由 TCP 校验）

关键点：学会功能码与数据模型后，换 RTU/TCP 只是换“信封”。

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3. 典型事务

Client                         Server
  │── Request (FC + 地址/数量) ──▶│
  │◀─ Response (数据或异常) ──────│

特点：

• 同步问答：一问一答（串行总线尤其严格）
• 无发现协议：地址/寄存器表靠手册或配置
• 无内建安全：明文；安全需 TLS（Modbus/TCP Security）或网络隔离

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4. 三种常见形态

形态	介质	校验	典型场景
Modbus RTU	RS-485 / RS-232	CRC16	变频器、仪表、IO 模块
Modbus ASCII	串行	LRC	遗留/调试可读性
Modbus TCP	以太网	TCP 校验和	PLC、网关、上位机

网关常见：以太网侧 TCP Client/Server，串口侧 RTU Master，用 Unit ID 选从站。

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5. 与其它协议对比（机器人语境）

	Modbus	CANopen	MQTT	EtherCAT
模型	请求/响应	对象字典 + PDO/SDO	Pub/Sub	过程数据 + 邮箱
实时性	低～中（轮询）	中（PDO）	非硬实时	高
发现/描述	弱（靠点表）	EDS/DCF	Topic 约定	ESI/XML
典型用途	IO/仪表/简单驱动	运动/设备网络	云边消息	多轴伺服

工程分层示例：

伺服/关节：EtherCAT / CANopen
外围 IO、温控、电表：Modbus RTU/TCP
云/厂级：MQTT
机器人内部：ROS 2 DDS

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6. 学习路径一句话

1. 弄清四个数据表（线圈/离散/保持/输入）
2. 背常用功能码 01/02/03/04/05/06/15/16
3. 分清 RTU 帧与 TCP MBAP
4. 用 libmodbus / pymodbus 实读一台设备

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