Modbus（ASCII / RTU / TCP ）三者异同

我们这期主要讨论Modbus的三种具体通信协议类别：Modbus ASCII、Modbus RTU、Modbus TCP 三者的比较。

思维导图

我们已经在前期介绍过串行通信的几种类别，那么Modbus和串行通信之间密不可分。

经过思维导图的方式，和大家分享下Modbus实现的两大方面：Interface（物理接口）和Type（类型）。

Interface主要包括以太网（一般就是普通的RJ45接口）和串行接口（RS232、RS485和RS422）。

Type类型主要三大类：Modbus ASCII、Modbus RTU和Modbus TCP/IP。

三者比较

Modbus ASCII

• 通信方式：使用ASCII字符解码消息。
• 特点：易于使用和调试，因为数据是可读的。
• 帧结构：包含开始帧（以冒号“:”开始），地址字段，功能码，数据，错误检查（LRC），以及结束帧（回车换行）。

• 兼容性：与Modbus RTU设备不兼容。

Modbus RTU

• 通信方式：基于串行通信，使用RS485、RS422、RS232等。
• 特点：数据表示为二进制，通信效率高。
• 帧结构：包含从机ID，功能码，数据和CRC校验。

• 网络拓扑：通常使用RS485，支持多点通信，但不支持环形或星型拓扑。
• 设备数量：一个网络中可以有一个主设备和最多247个从设备。

Modbus TCP/IP

• 通信方式：基于以太网，使用TCP/IP网络。
• 特点：适用于长距离通信和不同网络之间的通信。
• 帧结构：使用MBAP（Modbus应用协议）头部，省略了从机ID和循环冗余校验（CRC）。
• 端口：使用端口502进行通信。
• 网络拓扑：可以使用标准的以太网基础设施，如以太网电缆和交换机。

其他比较点

• 错误检测：Modbus RTU使用CRC校验来检测传输消息的偏差，而Modbus TCP/IP依赖于TCP/IP协议本身的错误检测和数据完整性。
• 效率：Modbus ASCII的传输效率低于Modbus RTU，但提供了数据调试的便利性。
• 应用场景：Modbus RTU适合短距离设备间的串行通信，而Modbus TCP/IP适合基于网络的通信，尤其是在需要跨越较大地理距离时。

如何选择

好了，经过对上述三者比较，我们归纳如下表所示：

那如何进行选择呢？我们从以下几方面进行考虑：

1. 网络环境:
   • 如果您的应用场景是基于串行通信，并且距离较短，可能更适合使用Modbus RTU或Modbus ASCII。
   • 如果您的系统需要通过以太网进行通信，或者需要跨越较大的地理距离，Modbus TCP/IP是更好的选择。
2. 设备兼容性:
   • 考虑现有设备的通信能力。如果它们只支持Modbus RTU或ASCII，您可能需要使用相应的协议，或者使用适配器/网关来转换通信类型。
3. 数据传输效率:
   • Modbus RTU因其二进制格式，通常提供更高的数据传输效率。
   • Modbus ASCII虽然可读性好，但效率较低，适用于需要调试或数据可视化的场景。
4. 错误检测:
   • 如果对数据传输的准确性有较高要求，Modbus RTU的CRC校验可能更适合。
   • Modbus TCP/IP依赖于TCP协议的内置错误检测和重传机制。
5. 网络复杂性:
   • Modbus TCP/IP适用于复杂的网络环境，支持使用IP地址、子网掩码和默认网关等网络配置。
6. 成本考虑:
   • 评估不同通信方式的实施成本。串行通信可能在某些情况下成本较低，而以太网解决方案可能需要更多的网络基础设施投资。
7. 扩展性和未来证明:
   • 如果考虑到将来可能的扩展或升级，选择Modbus TCP/IP可能更具前瞻性，因为它与现代网络技术兼容。
8. 技术支持和社区:
   • 考虑不同协议的技术支持和社区活跃度。Modbus协议拥有广泛的用户基础和丰富的资源，但特定协议的社区支持可能会有所不同。
   • 也要重点考虑供应商给予的相关建议和支持。
9. 特定应用需求:
   • 根据应用的具体需求，例如实时性、数据量大小、网络环境的电磁干扰等，选择最合适的协议。
10. 设备数量:
    • 如果系统中需要连接大量的设备，Modbus TCP/IP可能更合适，因为它支持更复杂的网络拓扑和更多的设备连接。

当然，根据实际的需要，也可以综合进行使用。