通用工業協定 - MODBUS 的基本介紹與應用
Modbus Modicon通訊協定（Modicon Communication Protocol）是一種用於工業自動化領域的串行通訊協定。它最初由Modicon公司（現為施耐德電機的一部分）於1979年開發，用於其PLC（可程式邏輯控制器），如今已成為工業領域通訊協議的行業標準，並廣泛應用。
Modbus協定是工業電子設備之間常用的連接方式，尤其適用於監控系統。 PLC、DCS、智慧儀表等設備均採用Modbus協定作為標準通訊協定。借助Modbus協議，不同廠商生產的控制設備可以連接到工業網路中，實現集中監控。
Modbus協定採用主從通訊技術，涉及一個主站（Master）和多個從站（Slave）之間的通信，其中主站主動查詢和操作從站。通常，我們將主控設備使用的協定稱為Modbus Master協議，將從站使用的協定稱為Modbus Slave協定。
它透過串列線路在設備間進行資料傳輸。最簡單的設定是使用串行電纜連接兩個設備（主設備和從設備）的串行端口。資料以 1 和 0 的序列形式發送，稱為位元。每個位元都以電壓的形式發送。 0 表示正電壓，1 表示負電壓。主站向從站發送請求，從站則回應這些請求。
透過 Modbus 協議，控制器可以相互通信，也可以透過網路（例如乙太網路）與其他設備通訊。典型的主設備包括工業電腦和工業控制器，而典型的從設備包括 PLC（可程式邏輯控制器）等。
Modbus 是 OSI 模型第七層（應用層）的訊息傳輸協議，用於在連接到不同類型匯流排或網路的裝置之間提供用戶端/伺服器通訊。 Modbus 應用層協定與服務規格主要包括兩類：一類是基於串列連結的 Modbus（Modbus 串列連結基於 TIA/EIA 標準：232-F 和 485-A），另一個類別是基於 TCP/IP 的 Modbus（Modbus TCP/IP 為 IETF 標準：RFC793 和 RFC91）。 Modbus 通訊協定棧的示意圖如下：
Modbus 也是一種開放協議，可在不同的實體層上運作。其通訊實體介面可選擇序列埠（包括 RS-232 和 RS-485）或乙太網路連接埠。最常用的 Modbus 協定包括以下四種類型：Modbus ASCII、Modbus RTU、Modbus Plus 和 Modbus TCP。在序列埠模式下，常用的幀格式為 RTU（遠端終端單元）和 ASCII。在乙太網路模式下，通常使用 Modbus TCP 協定。 Modbus 協定與我們通常自訂的協定基本一致，其資料傳輸格式由起始幀、資料幀、校驗幀等組成，只是 Modbus 協定更加標準化。
Modbus 協定定義了一個簡單的協定資料單元 (PDU)，它獨立於底層通訊層。特定匯流排或網路上的 Modbus 協定對應可以在應用程式資料單元 (ADU) 中引入一些額外的欄位。通用的 Modbus 幀協定如下圖所示：
具體分析如下：
1）位址欄位：子節點的位址資訊。
2) 功能碼：此欄位指示伺服器要執行的操作。有效代碼範圍為十進位 1-255（128-255 保留用於異常回應）。當客戶端向伺服器設備發送訊息時，功能碼欄位會告知伺服器要執行的操作。
3) 資料：傳輸的資料的內容，在某個請求中，資料可能不存在（長度為 0），在這種情況下，伺服器不需要任何附加資訊，功能代碼僅指定操作。
4）錯誤檢查：驗證接收和發送的資料是否正確。
如果正確接收到的 Modbus ADU 中不存在與所要求的 Modbus 功能相關的錯誤，則伺服器傳送給用戶端的回應資料欄位將包含所要求的資料。如果存在與所要求的 Modbus 功能相關的錯誤，則該欄位將包含一個異常代碼，伺服器應用程式可以使用該異常代碼來確定要執行的下一步操作。
總而言之，Modbus協定的簡潔性、靈活性和易用性使其成為工業自動化領域最常用的通訊協定之一。由於其開放性，Modbus協議得到了廣泛的支持，使得不同製造商的設備能夠在同一網路中輕鬆通訊。