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ModbusRTU与ModbusTCP的区别

在电力系统通信软件中，Modbus协议是一种广泛使用的通信协议，用于设备之间的数据交换。Modbus协议有两种主要的实现方式：ModbusRTU和ModbusTCP。本节将详细介绍这两种实现方式的区别，包括它们的工作原理、数据帧格式、应用场景以及开发示例。

工作原理

ModbusRTU

ModbusRTU是一种在串行通信中使用的二进制协议。它使用RS-232、RS-422或RS-485物理接口进行数据传输。ModbusRTU的通信是主从模式，即一个主设备可以与多个从设备进行通信，但每次通信都是由主设备发起的。

通信模式

主从模式：主设备发送请求，从设备响应请求。

半双工通信：在同一时刻，数据只能在一个方向上传输。

数据帧格式

ModbusRTU的数据帧格式如下：

[起始位][地址][功能码][数据][CRC校验][停止位]

地址：1字节，表示从设备的地址（0x01-0xFF）。

功能码：1字节，表示请求的类型（例如，0x03读取保持寄存器）。

数据：可变长度，包含具体的请求或响应数据。

CRC校验：2字节，用于校验数据的完整性。

起始位和停止位：用于帧的同步。

ModbusTCP

ModbusTCP是一种基于TCP/IP协议的Modbus实现方式，适用于以太网通信。ModbusTCP的通信模式也是主从模式，但它可以利用以太网的全双工通信特性，支持多个主设备和多个从设备之间的通信。

通信模式

主从模式：主设备发送请求，从设备响应请求。

全双工通信：数据可以在两个方向上同时传输。

数据帧格式

ModbusTCP的数据帧格式如下：

[事务标识符][协议标识符][长度][单元标识符][地址][功能码][数据][CRC校验]

事务标识符：2字节，用于标识事务，确保响应与请求的正确匹配。

协议标识符：2字节，固定为0x0000，表示Modbus协议。

长度：2字节，表示后面数据的长度。

单元标识符：1字节，表示从设备的地址（0x01-0xFF）。

地址：1字节，表示从设备的地址。

功能码：1字节，表示请求的类型。

数据：可变长度，包含具体的请求或响应数据。

CRC校验：在ModbusTCP中不使用，因为TCP协议已经提供了数据校验机制。

应用场景

ModbusRTU

串行通信：适用于需要通过RS-232、RS-422或RS-485进行通信的场景。

短距离通信：由于串行通信的限制，ModbusRTU通常用于短距离的通信，如现场设备与控制器之间的通信。

低带宽需求：适用于带宽要求不高的场景，如简单的数据采集和控制。

ModbusTCP

以太网通信：适用于需要通过以太网进行通信的场景，支持长距离通信。

多设备通信：支持多个主设备和多个从设备之间的通信，适用于复杂的网络环境。

高性能需求：适用于带宽和性能要求较高的场景，如工业自动化系统中的数据传输。

开发示例

ModbusRTU开发示例

读取保持寄存器

假设我们需要从一个ModbusRTU设备中读取保持寄存器的数据，设备地址为0x01，寄存器地址范围为0x0000到0x0002，总共3个寄存器。

请求帧

0x010x030x00000x00030x840x0A

0x01：从设备地址。

0x03：功能码，表示读取保持寄存器。

0x0000：起始寄存器地址。

0x0003：寄存器数量。

0x840x0A：CRC校验码。

响应帧

0x010x030x060x00100x00200x00300x1C0x47

0x01：从设备地址。

0x03：功能码，表示读取保持寄存器。

0x06：数据长度，表示返回6个字节的数据。

0x00100x00200x0030：读取到的寄存器数据。

0x1C0x47：CRC校验码。

Python代码示例

importserial

importstruct

defcalculate_crc(data):

计算CRC校验码

crc=0xFFFF

forbyteindata:

crc^=byte

for_inrange(8):

ifcrc0x0001:

crc=1

crc^=0xA001

else:

crc=1

returnstruct