Modbus報文詳解

Modbus報文詳解

Modbus是一種通訊協議，廣泛應用於工業自動化控制系統中。它允許不同廠家製造的設備之間進行數據交換，並且有著開放式的標準結構，因此受到許多工程師的青睞。在本文中，我們將深入探討Modbus報文的結構及運作方式。

首先，我們需要了解的是Modbus報文是由三個主要部分組成的：功能碼（Function Code）、資料域（Data Field）以及校驗位元（Checksum）。這些部分的具體內容取決於所使用的Modbus版本（RTU或TCP）以及傳輸模式（ASCII或Binary）。以下是各部分的大致描述：

1. 功能碼（Function Code）:

• Modbus支持多種不同的功能碼，每種功能碼對應一種特定的操作。例如，讀寫寄存器（Read/Write Holding Registers, FC 3 and FC 6）就是最常用的兩個功能。

• 在Modbus RTU模式下，功能碼佔用一個字節，而在Modbus TCP模式下，它被編碼為整數格式。

2. 資料域（Data Field）:

• 這是根據功能碼要求而變化的區域，可能包含要寫入的資料或是從裝置中讀取的資料。其長度也因功能的不同而有差異。

• 如果功能碼涉及資料回送（如FC 4 Read Input Registers），那麼資料域會包含從受控裝置返回的資料。

3. 校驗位元（Checksum）:

• 在Modbus ASCII模式下，這個部分通常是一個稱為CRC-16的效驗值，用來確保傳輸過程中沒有發生錯誤。

• 在Modbus Binary模式下，則使用LRC（Length Checking Register）作為效驗機制。

以下是一個簡化了的Modbus RTU報文範例（假設使用功能碼0x03 – “讀寫保持寄存器”）：

-----------------------------------------
| Start Delimiter (e.g. '@')            |
| Slave Address (2 bytes)               |
| Function Code (1 byte)                |
| Data Field (variable length)          |
| Checksum (2 bytes for CRC-16)         |
| Stop Delimiter (e.g. '@')             |
-----------------------------------------

例如，如果我們想讀取地址從100到103的四個連續寄存器的資料，且Slave Address是17號裝置，那麼Modbus RTU報文可能是這樣的：

@17 03 00D8 FF

其中：

• @ 是開始分隔符號。

• 17是從站地址（十進位為23）。

• 03是功能碼，表示「讀寫保持寄存器」。

• 00D8是資料域，代表從地址100開始的4個連續寄存器的請求（每個寄存器以2個位元組表示，所以總共是4 * 2 = 8位元組）。

• FF是效驗碼，計算方法是將所有有效資料加起來後取反轉位的結果。

當裝置收到此報文時，它會執行指定的操作並返回相應的資料。例如，假設這四個寄存器的值分別是55、66、77、88，那麼回應報文可能如下所示：

@17 04 0055 0066 0077 0088 F9

這裡的04表示回應報文中包含了4個資料位元的資料。接下來是實際的寄存器資料，最後一位F9則是效驗碼。

總結來說，Modbus報文結構複雜但邏輯清晰，對於專業程序員而言，理解並正確配置Modbus通信是非常重要的技能之一。隨著技術的不斷發展，Modbus也在不斷演進，以適應更多樣化和更先進的自動化需求。