工业现场网络揭秘RS485与Modbus的fieldbus总线奇迹
在工业控制、电力通讯和智能仪表等领域，串口通信一直是数据交换的主要方式。最初使用的是RS232接口，但由于环境中存在大量电磁干扰，导致信号传输错误。为了解决这个问题，1979年施耐德电气提出了Modbus协议，现在RS485通信中广泛应用了Modbus协议，因此我们今天来探讨RS485通信与Modbus通信协议。
首先，我们要了解RS232的不足之处：其接口信号电平高达十几V，容易损坏芯片，而且不兼容TTL电平；共地模式传输易产生干扰且抗干扰性能弱；传输距离和速率有限，只能两点之间进行通信，不支持多机联网。
为了克服这些缺陷，出现了RS485等新型接口标准。RS485具有以下优点：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6）V表示，可降低对芯片的伤害，并兼容TTL；数据传输速度可达10Mbps以上，其物理结构采用平衡驱动器和查分接收器组合，大大提高了抗干扰能力；可以实现长达1200米的无需中继连接，对于需要远距离传输的情况非常有利。此外，它支持总线式拓朴结构，可以挂上32个结点，以主从方式工作。
然而，在实际操作时，有些人可能会忽略信号地的连接，这可能引发共模干扰或EMI问题。当网络线路模电压超出范围时，将影响通信稳定性甚至损坏设备。在PC机上通过转换器或PCI多串口卡可以实现与PC上的RS232相互适配。
接着，我们来谈谈Modbus协议。这是一种通用的工业语言，使得不同厂商生产的控制设备能够通过网络进行交流。它定义了一种消息结构，用以描述请求访问设备、回应来自设备请求以及检测错误并记录。此外，由于它开放且免费，没有知识产权风险，更有超过400家厂商和600余种产品支持它，使得其成为一种广泛采用的工业标准。
Modbus还具备灵活性，可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤及无线技术，并且帧格式简单易懂，便于用户使用和厂商开发。根据不同的需求，可以将寄存器分为四类：线圈状态、离散输入状态、保持寄存器及输入寄存器，以及提供单写入、多写入及读取功能代码等指令，从而实现对这些寄存器值进行读写操作。