现场总线控制系统（FCS）系列：Schneider Electric Modbus_7.ModbusRTU与ModbusTCP协议对比.docx

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7.ModbusRTU与ModbusTCP协议对比

在工业控制系统中，Modbus协议是广泛应用的一种通信协议，它支持多种传输方式，包括ModbusRTU和ModbusTCP。这两种协议在不同的应用场景中各有优势和特点。本节将详细对比ModbusRTU和ModbusTCP协议，包括它们的基本原理、通信方式、网络拓扑、数据帧结构、应用场景以及优缺点。

7.1ModbusRTU基本原理

ModbusRTU是一种串行通信协议，通常用于RS-485或RS-232传输介质。它采用主从通信模式，一个主设备可以与多个从设备进行通信。每个从设备都有一个唯一的地址，主设备通过发送包含从设备地址的请求帧来指定通信目标。

7.1.1通信方式

ModbusRTU采用半双工通信方式，同一时间只能由一个设备发送数据。这意味着在发送数据时，其他设备必须处于接收状态。

7.1.2网络拓扑

ModbusRTU通常使用RS-485网络拓扑，这是一种多点通信方式，支持一个主设备和多个从设备。RS-485网络的最大节点数为32个，但通过增加中继器可以扩展到更多节点。

7.1.3数据帧结构

ModbusRTU的数据帧结构如下：

地址域：1字节，表示从设备的地址。

功能码域：1字节，表示请求的功能。

数据域：0至252字节，包含具体的命令或数据。

校验域：2字节，采用CRC校验。

终止符：至少3.5个字符的空闲时间，用于帧的分隔。

7.1.3.1CRC校验

CRC校验是一种循环冗余校验，用于确保数据传输的完整性。计算CRC校验的步骤如下：

初始化：CRC寄存器初始化为0xFFFF。

处理数据：逐字节处理数据帧中的每个字节，更新CRC寄存器。

结果：最终的CRC值为寄存器的低16位。

以下是一个简单的CRC计算示例：

defcrc16(data:bytearray)-int:

计算ModbusRTU的CRC16校验值。

:paramdata:要计算CRC的数据帧

:return:计算得到的16位CRC值

crc=0xFFFF

forbyteindata:

crc^=byte

for_inrange(8):

ifcrc0x0001:

crc=1

crc^=0xA001

else:

crc=1

returncrc

#示例数据帧

data=bytearray([0x01,0x03,0x00,0x00,0x00,0x06])

#计算CRC

crc_value=crc16(data)

print(fCRC16:{crc_value:04X})

7.1.4应用场景

ModbusRTU通常用于短距离、低带宽的通信场景，如工厂自动化、楼宇控制等。由于其串行通信的特性，适用于点对点或一对多的简单网络拓扑。

7.1.5优缺点

优点：

简单易用：协议简单，实现容易。

低带宽要求：适合低带宽的RS-485通信。

成本低：硬件成本较低，适用于预算有限的项目。

缺点：

传输速率低：通常最大传输速率为115.2kbps。

传输距离有限：传输距离通常不超过1.2公里。

扩展性差：网络节点数有限，扩展性较差。

7.2ModbusTCP基本原理

ModbusTCP是Modbus协议的一种以太网实现，它使用TCP/IP协议栈进行数据传输。ModbusTCP也采用主从通信模式，但通信方式更加灵活，支持多主多从的网络拓扑。

7.2.1通信方式

ModbusTCP采用全双工通信方式，允许多个设备同时发送和接收数据。这使得网络通信更加高效和可靠。

7.2.2网络拓扑

ModbusTCP可以使用标准以太网网络拓扑，支持星型、总线型和环型网络。以太网的最大节点数远大于RS-485，可以轻松扩展到数百甚至数千个节点。

7.2.3数据帧结构

ModbusTCP的数据帧结构如下：

事务标识符：2字节，用于标识请求和响应的事务。

协议标识符：2字节，固定为0x0000，表示Modbus协议。

长度域：2字节，表示后续数据的长度。

单元标识符：1字节，表示从设备的地址。

功能码域：1字节，表示请求的功能。

数据域：0至252字节