Pomimo, że protokół komunikacyjny MODBUS został stworzony jeszcze w latach 70-tych, do chwili obecnej jest z powodzeniem wykorzystywany, nie tylko przez firmę Modicon, która jest jego producentem, lecz również dzięki temu że jest protokołem otwartym stał sie standardem zaakceptowanym przez wielu światowych producentów automatyki.

Protokół Modbus zyskał swoją popularność w szczególności przez to, że od samego początku był tworzony z myślą jego zastosowania w automatyce, jest protokołem otwartym i pozbawionym opłat, umożliwia przesyłanie zabezpieczonych komunikatów pozbawionych przekłamań, sygnalizację błędów oraz jest łatwy do wdrożenia i utrzymania.

Istnieje kilka typów omawianego protokłu, są wersje do komunikacji szeregowej, jak również do komunikcacji poprzez sieć Ethernet. Jednak w automatyce przemysłowej najszerzej wykorzystywana jest komunikacja poprzez interfejs RS-485 i w tym artykule to jej poświecona zostanie największa uwaga. 

MODBUS RTU

Powyższy typ transmisji szeregowej używany jest najczęściej. Charakteryzuje się on nastepującymi właściwościami:

• bajty w ramce są wysyłane binarnie jako znaki ośmiobitowe,
• ramka zabezpieczona jest sumą kontrolną CRC, w celu wykrycia przekłamań,
• znaki w ramce muszą być przesyłane w sposób ciągły bez przerw między znakami (maksymalnie 1.5T gdzie T oznacza czas transmisji jednego znaku),
• każda ramka poprzedzona jest odstępem (ciszą na linii) większym niż 3.5T.

Ramka komunikacji w trybie RTU wygląda następująco:

• Początek ramki - cisza na łączu przynajmniej 3,5 znaku przerwy,

• Adres - jest to adres urządzenia do którego wysyłana jest ramka lub które odpowiada. Jest to liczba z przedziału 1 - 247, przy czym 0 to tzw. broadcast - adres rozgłoszeniowy,

• Kod funkcji - numer funkcji od której zależą kolejne dane i sposób reakcji Slave'a.. Liczba z zakresu od 1 do 127

Przykładowe, najczęściej wykorzystywane kody funkcji pokazuje poniższa tabelka:

Kody o numerach 128 - 255 są zarezerwowane dla odpowiedzi błędnych.

• Dane - Pole z danymi którego długość zależy od rodzaju rozkazu,

Pole danych ramki zawiera dodatkowe informacje takie jak: adresy rejestrów, liczba bajtów w polu danych, dane, itp., które są potrzebne jednostce Slave do wykonania rozkazu określonego kodem funkcji, np. kiedy Master żąda odczytu grupy rejestrów (kod funkcji 3) to pole danych zawiera: adres rejestru początkowego oraz ilość rejestrów do odczytu.

• Suma kontrolna - Suma kontrolna CRC, której zadaniem jest sprawdzenie poprawności przesłanej ramki,

Pole kontrolne zajmuje dwa bajty na końcu ramki, przy czym pierwszy bajt jest bajtem mniej znaczącym CRC Lo, zaś drugi jest bajtem starszym CRC Hi.

• Koniec ramki - cisza na łączu przynajmniej 3,5 znaku przerwy.

Warstwa sprzętowa

W celu umożliwienia komunikacji urządzeń z wykorzystaniem protokołu Modbus RTU, należy zbudować połączenie sieciowe, dwuprzewodowe zgodne ze standardem RS-485

By komunikacja działała prawidłowo, w jednej chwili może nadawać wyłącznie jedno urządzenie, pozostałe zaś muszą słuchać, jednak konstrukcja portów zapewnia ochronę urządzeń przed uszkodzeniem nawet gdy przypadkowo dwa urządzenia będą nadawać w tym samym czasie. Sygnałem, który przenosi informację jest różnica potencjaówł pomiędzy żyłami A i B. Dla tak zbudowanej sieci muszą zostać ustalone parametry transmisji tj. szybkość transmisji (powinna być ustawiona na najwyższą jaką może obsłużyć najwolniejsze urzadzenie w sieci), ilość bitów na znak, bit parzystości, stopu.

W tak zbudowanej sieci komunikacja odbywa się na zasadzie: urządzenie nadrzędne - Master, zajmuje linie i wysyła pytanie (w formie opisywanej powyżej ramki) do urządzenia podrzędnego Slave o określonym adresie, następnie pytane urządzenie odpowiada informacją albo kodem błędu. W przypadku gdy pytane urządzenie nie zwóci odpowiedzi lub kodu błędu w określonym maksymalnym dopuszczalnym czasie odpowiedzi, Master w zależności od ustawień wyśle pytanie ponownie lub wyświetli operatorowi komunikat błedu: "No response".