简单易懂Modbus Tcp和Rtu的异同点

关键说明
无需修改业务逻辑：同一套读写代码可同时支持TCP和RTU，仅需调整底层通信接口。
工具兼容性：调试工具（如Modbus Poll）可同时解析两种协议，仅需切换传输模式。
系统集成优势：混合网络下可通过协议转换实现异构设备互联。

Modbus TCP与Modbus RTU的相同点

1. 协议基础一致
   相同协议核心：两者均基于Modbus应用层协议，定义设备间的数据交换规则。
   数据单元（PDU）相同：功能码、寄存器地址和数据格式完全一致，实现相同的数据操作逻辑（如读取线圈、写入寄存器）。
2. 功能码完全兼容
   统一的功能码集：均支持标准功能码（如0x03读保持寄存器、0x10写多个寄存器），操作语义完全相同。
   设备控制一致性：相同的功能码意味着设备无需区分协议类型即可执行控制逻辑。
3. 主从通信架构
   主从模式：均采用主站（Master）发起请求、从站（Slave）响应的通信模式。
   多设备支持：支持一主多从的拓扑结构，主站可轮询多个从站设备。
4. 数据模型统一
   寄存器定义一致：保持寄存器（4xxxx）、输入寄存器（3xxxx）、线圈（0xxxx）等地址映射规则相同。
   数据类型兼容：16位整数、32位浮点数等数据格式处理方式相同。
5. 应用领域重叠
   工业自动化通用性：均用于PLC、传感器、仪表等工业设备的数据采集与控制。
   无缝转换可能：通过协议转换器（如Modbus网关）可实现在TCP与RTU间透明传输。
6. 错误处理机制相似
   异常响应格式：均通过功能码高位置1（如0x83）返回错误类型（非法地址、无效数据等）。
   诊断功能：支持相同诊断功能码（如0x08回送诊断），用于链路检测。
7. 扩展性设计
   自定义功能码支持：允许用户定义私有功能码（范围65-72和100-110），扩展协议功能。
   总结对比表

Modbus TCP与Modbus RTU的不同点

1. 物理层与传输介质

• Modbus RTU

  • 介质：基于RS-485或RS-232串口通信。
  • 传输方式：二进制数据直接传输，使用主从架构，单主站控制多个从站。
  • 距离与速率：传输距离较短（RS-485最长约1200米），速率较低（典型波特率9600bps~115200bps）。
    Modbus TCP

• 介质：基于以太网（TCP/IP协议）。

  • 传输方式：通过IP网络传输，支持客户端-服务器模型，允许多主多从通信。
  • 速率与扩展性：支持高速传输（百兆/千兆以太网），远距离通信（依赖网络基础设施）。

2. 数据帧结构

• Modbus RTU帧

[地址码(1B)] [功能码(1B)] [数据(NB)] [CRC校验(2B)]

• 示例：
  • 读寄存器请求：01 03 01 8E 00 04 25 DE
    01（地址）、03（功能码读）、01 8E（起始地址）、00 04（读4个寄存器）、25 DE（CRC校验）。
  • 特点：紧凑高效，依赖CRC校验保障数据完整性。
• Modbus TCP帧

[MBAP头(7B)] [功能码(1B)] [数据(NB)]

• MBAP头结构：
  • 事务标识（2B）、协议标识（2B，固定0x0000）、长度（2B）、单元标识符（1B，类似RTU地址）。
• 示例：
  • 读寄存器请求：00 00 00 00 00 06 00 03 00 20 00 01
    00 00（事务ID）、00 00（协议ID）、00 06（后续长度）、00（单元地址）、03（功能码读）、00 20（起始地址）、00 01（读1个寄存器）。
  • 特点：无CRC校验，依赖TCP的可靠性传输。

3. 校验与可靠性

• RTU：使用CRC-16校验，检测传输错误（如电磁干扰）。
• TCP：无需额外校验，依赖TCP协议的重传机制和数据包确认保障可靠性。

4. 网络拓扑与扩展性

• RTU：
  • 拓扑：总线型或链式结构（如RS-485菊花链）。
  • 设备数量：理论最多254个从站，实际受线路质量限制（通常≤32）。
• TCP：
  • 拓扑：支持星型、树型等复杂网络，通过交换机/路由器扩展。
  • 设备数量：理论上无上限（受IP地址和网络负载限制）。

5. 应用场景

• RTU适用场景：
  • 工业现场短距离通信（如PLC与传感器、仪表连接）。
  • 低成本、低复杂度系统，无需网络基础设施。
• TCP适用场景：
  • 跨区域远程监控（如SCADA系统）。
  • 高带宽需求（如视频监控与大数据采集）。
  • 需要与IT系统集成（如云端数据分析）。

6. 协议转换

• RTU转TCP：通过网关设备在串口与以太网间转换数据帧，保留功能码与数据，添加/去除MBAP头和CRC。
• 示例：RTU帧 01 03 00 00 00 02 C4 0B 转为TCP帧：

00 01 00 00 00 06 01 03 00 00 00 02

总结对比表

通过以上对比，可根据实际需求选择协议：RTU适合简单、低成本的本地控制，而TCP更适合高速、远距离的集成化系统。

小白路漫漫，让我们一起加油！！！