Modbus Rtu与Modbus Tcp的差别

概述


Modbus协议是一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议，它允许不同设备之间通过总线或网络进行通信。Modbus协议包括多种实现方式，其中Modbus TCP和Modbus RTU是两种最常见的通信协议。本文将讲述关于Modbus TCP与Modbus RTU在物理层、数据传输方式、数据帧格式、可靠性、网络拓扑等方面的差别。
1. 物理层差异

Modbus TCP：

Modbus TCP是基于TCP/IP协议的，它使用以太网作为通信媒介。这意味着Modbus TCP设备可以通过以太网交换机或路由器连接，形成一个局域网（LAN）或广域网（WAN）。
由于采用以太网通信，Modbus TCP对网络环境的要求较高，需要稳定的网络连接和适当的网络配置。

Modbus RTU：

Modbus RTU则使用串行通信方式，通常通过RS-232或RS-485接口进行数据传输。这些接口适用于短距离、高可靠性的工业环境。
Modbus RTU在物理层使用差分信号传输，具有较好的抗干扰能力，适合在电磁干扰较大的工业现场使用。
2. 数据传输方式


Modbus TCP：

Modbus TCP是基于TCP/IP协议的，数据以数据包的形式在网络中传输。这种传输方式使得Modbus TCP具有较高的通信速率和较强的数据传输能力。
在Modbus TCP中，每个数据包都包含源IP地址、目标IP地址、TCP端口号以及Modbus应用数据单元（ADU）等信息。
默认情况下，modbusTcp使用的是502端口，但也可以通过配置修改端口号。

Modbus RTU：

Modbus RTU是基于二进制格式的，数据以二进制位的形式在串行链路上传输。这种方式使得Modbus RTU在相同波特率下比ASCII模式具有更高的吞吐率。
Modbus RTU的数据帧包括起始符、从站地址、功能码、数据、错误检测等字段，通过CRC校验确保数据的完整性和正确性。
3. 数据帧格式

Modbus TCP：

Modbus TCP的数据帧格式类似于TCP数据包，包含了IP地址、端口号等网络层信息以及Modbus应用数据单元（ADU）。
ADU由事务标识符、协议标识符、长度字段、单元标识符、功能码、数据等部分组成，用于在Modbus TCP协议中定义具体的通信请求和响应。
协议描述
Modbus TCP协议的数据帧由MBAP（Modbus Application Protocol）头和PDU（Protocol Data Unit）两部分组成：

MBAP头：

事务标识符（Transaction Identifier）：占2个字节，用于标识事务的唯一性，每次通信过程中主站和从站的报文帧的事务标识符需保持一致。
协议标识符（Protocol Identifier）：占2个字节，固定值为0x0000，表示使用Modbus TCP协议。
长度（Length）：占2个字节，表示MBAP头之后PDU的长度。
单元标识符（Unit Identifier）：占1个字节，表示目标从站的地址（Slave ID）。
PDU：
功能码（Function Code：占1个字节，用于指示请求的具体操作类型，如读线圈、写寄存器等。
数据（Data）：长度不定，根据功能码的不同而有所区别，包含要操作的数据地址和数据值等。

举例：
Modbus Tcp数据帧格式如下：
03功能码读取1号站的保持寄存器数据，起始地址01，长度为02

事务标识符	协议标识符	长度	单元标识符	功能码	数据
0x0001	0x0000	0x0006	0x01	0x03	0x0001 0x0002

Modbus RTU：

Modbus RTU的数据帧格式较为简单，主要由起始符、从站地址、功能码、数据、CRC校验码等部分组成。
起始符用于标识数据帧的开始，从站地址指定了数据帧的目标设备，功能码定义了请求或响应的类型，数据字段包含了具体的通信内容，CRC校验码用于验证数据的完整性和正确性。
4. 可靠性

Modbus TCP：

Modbus TCP利用TCP/IP协议的可靠性机制，如数据包重传、流量控制等，确保数据在网络中的可靠传输。
然而，Modbus TCP的可靠性也依赖于网络环境的稳定性和配置的正确性。

Modbus RTU：

Modbus RTU在物理层使用差分信号传输，具有较好的抗干扰能力，能够在工业现场等恶劣环境中稳定工作。
此外，Modbus RTU通过CRC校验码来验证数据的完整性和正确性，进一步提高了通信的可靠性。
5. 网络拓扑

Modbus TCP：

Modbus TCP适用于星型、总线型等多种网络拓扑结构。设备可以通过以太网交换机或路由器连接到主站，形成复杂的网络结构。
这种灵活性使得Modbus TCP能够适用于多种应用场景，包括局域网和广域网环境。

Modbus RTU：

Modbus RTU通常采用总线型结构，每个设备通过串行接口直接连接到主站。这种结构简单可靠，但扩展性较差。
在某些情况下，也可以通过RS-485转换器等设备实现多点到点的通信结构。
综上所述，Modbus TCP和Modbus RTU在物理层、数据传输方式、数据帧格式、可靠性以及网络拓扑等方面存在显著差异。选择哪种协议取决于具体的应用场景和通信需求。在需要高速、远距离通信且网络环境稳定的场景中，Modbus TCP是更好的选择；而在需要高可靠性、短距离通信且电磁干扰较大的工业现场中，Modbus RTU则更具优势。