Modbus TCP / RTU 协议介绍
协议概述
Modbus 由 Modicon（现 Schneider Electric）于 1979 年发布，是工业自动化领域应用最广泛的通信协议。它采用简单的主从（Master/Slave）请求-响应模型，广泛用于 PLC、RTU、传感器、变频器等设备的互联。
EMS Simulate 基于 pymodbus 库实现 Modbus 协议，支持 Modbus TCP（以太网）与 Modbus RTU（RS-232/RS-485 串口）两种常见变体，可配置为服务端（模拟从站）或客户端（作为主站读取真实设备）。
支持的模式
| 模式 | 物理介质 | 特点 |
|---|---|---|
| Modbus TCP | 以太网 | 基于 TCP 502 端口，帧 = MBAP 头 + PDU，无需校验码 |
| Modbus RTU | RS-232 / RS-485 | 基于串口，帧 = 地址 + 功能码 + 数据 + CRC16 校验，报文间需 ≥3.5 字符间隔 |
Modbus ASCII 变体暂不支持。
数据模型（四类数据区）
Modbus 以"数据区 + 地址"寻址，共四类数据区：
| 数据区 | 地址范围 | 读写属性 | 典型用途 |
|---|---|---|---|
| 线圈（Coil） | 0xxxx | 可读可写 | 开关量输出（继电器等） |
| 离散输入（Discrete Input） | 1xxxx | 只读 | 开关量输入（按钮、限位等） |
| 保持寄存器（Holding Register） | 4xxxx | 可读可写 | 参数、设定值（16 位） |
| 输入寄存器（Input Register） | 3xxxx | 只读 | 采集量（16 位） |
每个寄存器为 16 位，多个寄存器可组合表示 32 位整数或 IEEE 754 浮点数（由解析码决定解释方式）。
支持的功能码
| 功能码 | 名称 | 操作对象 |
|---|---|---|
| 01 | 读线圈 | 线圈 |
| 02 | 读离散输入 | 离散输入 |
| 03 | 读保持寄存器 | 保持寄存器 |
| 04 | 读输入寄存器 | 输入寄存器 |
| 05 | 写单个线圈 | 线圈 |
| 06 | 写单个寄存器 | 保持寄存器 |
| 15 | 写多个线圈 | 线圈 |
| 16 | 写多个寄存器 | 保持寄存器 |
解析码系统
不同厂商设备的寄存器字节序各异，EMS Simulate 内置 27 种解析码，覆盖常见的数据格式：
- 8 位：Byte（无符号 / 有符号）；
- 16 位：Short AB（大端）、Short BA（字节交换）、Short CD（小端），各有符号/无符号；
- 32 位整数：Long AB CD（大端）、Long BA DC（大端字交换）、Long DC BA（小端）、Long CD AB（小端字交换），各有符号/无符号；
- 32 位浮点：Float AB CD、Float BA DC、Float CD AB（对应不同字节序）；
- 64 位：Int64、Double（大端 / 小端）。
配合乘法系数与加法系数可将原始值换算为工程值：
真实值 = 寄存器原始值 × 乘法系数 + 加法系数角色说明
| 角色 | 行为 |
|---|---|
| 服务端（Server / 从站） | 软件监听端口（TCP）或串口，维护四类数据区内容，响应主站的读/写请求 |
| 客户端（Client / 主站） | 软件主动发起请求，读取或写入真实从站的数据 |
常用术语
| 术语 | 含义 |
|---|---|
| 从站地址（Slave ID / Unit ID） | RTU 中为 1~247，TCP 中为单元标识符 |
| PDU | 协议数据单元（功能码 + 数据） |
| 事务标识符 | TCP 帧中用于匹配请求与响应的编号 |
| 解析码（Decode Code） | 决定寄存器原始值如何解释为数值 |
📄 详细操作见 Modbus 操作指南，报文结构见 Modbus 报文查看。