Modbus协议是工业自动化领域中最常用的通信协议之一，用途非常广泛，主要用于设备间数据传输与控制指令交换。

• 工业自动化
  • PLC(如西门子、施耐德、欧姆龙等)
  • 工业机器人状态监控与控制
  • 生产线数据采集与监控
• 电力/能源监控
  • 电能表数据读取(如ABB、施耐德多功能表)
  • UPS、电池组状态监控
  • 光伏/风电设备实时数据采集
• 楼宇自动化
  • 空调、新风系统状态监控与控制
  • 水泵/风机运行监控
  • 照明控制系统
• 环境监测
  • 粉尘、烟气、空气质量(PM2.5、VOC)采集
  • 水质监测(PH、COD、DO传感器)
• 交通与市政
  • 路灯远程集中控制
  • 隧道通风与照明系统监控与控制
  • 水务泵站监控
• 农业与温室
  • 灌溉系统控制
  • 温室气候控制
• 仓储与物流
  • 冷链温湿度实时监测
  • 仓库自动化传输控制

协议介绍

Modbus协议是一种主从协议，其中主设备（Master）负责发起通信，从设备（Slave）负责响应通信。 Modbus协议的通信过程如下：

1. 主设备向从设备发送请求，请求包含从设备的地址和要读取或写入的数据类型和地址。
2. 从设备响应主设备的请求，响应包含从设备的地址和读取或写入的数据。
3. 主设备根据响应的数据进行后续处理。

传输方式

• Modbus RTU

  采用高效的二进制编码，通过RS-485串行总线进行传输，其数据帧紧凑且依赖 CRC 校验和严格时序，确保了通信的高效与可靠，因此成为工业现场层面连接 PLC、仪表和传感器等设备的主力军。

  波特率、数据位、停止位、奇偶校验这些参数在主从站之间必须完全一致。

• Modbus ASCII

  采用可读的十六进制ASCII字符编码，并以明确的字符作为帧的起止界，虽其传输效率仅为 RTU 的一半，但胜在可读性极佳，无需专用工具即可调试，故常用于设备诊断或兼容某些老旧系统。

• Modbus TCP/IP

  将Modbus协议封装在标准的TCP/IP数据包中，利用网络基础设施实现了远超串行通信的距离和速度，并易于与上层信息系统集成；尽管其实时性可能受网络状况影响且需考虑网络安全，但它无疑是现代 SCADA 系统、工业物联网和实现远程运维的理想选择。

  默认端口为502。

特性	Modbus RTU	Modbus ASCII	Modbus TCP/IP
协议编码	二进制（紧凑，效率高）	十六进制ASCII字符（可读，效率低）	二进制（基于TCP/IP数据包）
物理介质	RS-485（最多）、RS-232	RS-485、RS-232	以太网（RJ45）、Wi-Fi
通信速度	快（相同波特率下，数据量小）	慢（相同波特率下，数据量大一倍）	非常快（标准以太网速率）
通信距离	远（RS-485可达1200米）	远（RS-485可达1200米）	远（借助网络设施，可全球范围）
拓扑结构	总线型（多设备）或点对点	总线型（多设备）或点对点	星型（借助网络交换机）
成本	低	低	相对较高（需要以太网基础设施）
调试难度	中等（需要专用工具解析报文）	简单（可用终端软件直接查看）	中等（可用网络抓包工具，如Wireshark）
典型应用	工业现场、PLC、传感器、仪表	老旧设备、特定行业（如能源）	SCADA系统、HMI、IoT

寄存器类型

类型	功能	地址范围	读写	使用场景
Coil	离散输出	00001~09999	读写	用于控制设备开关状态
Discrete Input	离散输入	10001~19999	读	用于读取设备开关状态
Input Register	输入寄存器	20001~29999	读	用于读取设备的参数、设定值、数值量等
Holding Register	保持寄存器	30001~39999	读写	用于存储设备的温度、电流、电压等

• 单个保持寄存器只能表示0~65535，为了表示更大的数、负数或浮点数，需要将多个寄存器组合使用。
• 32位整数/浮点数：通常占用2个连续的寄存器。但需要注意字节序问题（Modbus通常使用大端序，但有些设备可能使用小端序）。 多字节数据类型如Long/Float/Double会存在ABCD、DCBA、CDAB、BADC的问题，需要注意字节序。
• 长字符串：占用多个连续的寄存器，每个寄存器存放2个字符（ASCII码）。

常用工具

• modbus-poll：主站模拟工具
• modbus-slave：从站模拟工具
• QModMaster: 开源工具