(Modbus RTU) vs ( Modbus TCP)

 Modbus RTU 和 Modbus TCP 是兩種常見的 Modbus 通訊協定，用於工業自動化領域。它們的主要區別在於物理層、通訊方式和一些特性。以下是它們之間的詳細比較：

Modbus RTU (Remote Terminal Unit)

• 物理層： 通常使用串列通訊介面，如 RS-232、RS-485 或 RS-422。RS-485 是最常用的，允許多個設備在同一條匯流排上進行通訊 (多點連接)，並具有較好的抗雜訊能力和較長的傳輸距離 (相對於 RS-232)。
• 通訊方式：
  • 二進制傳輸： 以緊湊的二進制格式傳輸數據，效率較高，開銷較小。
  • 半雙工： 通訊在任何時間只能朝一個方向進行 (主站到從站或從站到主站)。
  • 主/從架構： 採用主站 (Master) 輪詢從站 (Slave) 的方式進行通訊。只有主站可以發起通訊請求，從站只有在收到主站的請求後才能回應。
• 錯誤檢測： 使用循環冗餘校驗 (CRC) 來檢測傳輸錯誤，確保數據的完整性。
• 資料封裝： Modbus RTU 的訊息幀包含：
  • 從站位址 (Slave Address): 識別目標從站。
  • 功能碼 (Function Code): 指示主站請求執行的動作 (例如，讀取保持暫存器、寫入單個線圈)。
  • 資料 (Data): 包含請求或回應的實際數據。
  • 循環冗餘校驗 (CRC): 用於錯誤檢測。
• 速度： 傳輸速率取決於串列線路的鮑率 (baud rate)，常見的速率包括 9600、19200、38400 等。相對於乙太網路，串列通訊的速度較慢。
• 網路拓撲： 通常用於簡單的點對點或多點串列網路。
• 配置和設定： 需要配置串列通訊參數，如鮑率、數據位元、同位校驗和停止位元。
• 適用場景： 適用於本地、設備數量相對較少、對成本較敏感且通訊距離有限的工業環境。

Modbus TCP (Modbus TCP/IP)

• 物理層： 使用乙太網路 (Ethernet) 作為底層傳輸介質，基於 TCP/IP 協定堆疊。可以使用標準的乙太網路硬體 (例如，網路線、交換器、路由器)。
• 通訊方式：
  • 二進制傳輸： 數據本身仍然使用與 Modbus RTU 相同的二進制格式。
  • 全雙工： 允許同時在兩個方向上進行通訊，提高了效率。
  • 客戶端/伺服器架構： 在 Modbus TCP 中，主站通常被稱為客戶端 (Client)，從站被稱為伺服器 (Server)。客戶端發起請求，伺服器回應請求。
• 錯誤檢測： 由於底層的 TCP/IP 協定提供了可靠的傳輸機制 (包括錯誤檢測和重傳)，Modbus TCP 本身的消息幀不包含 CRC 校驗。錯誤檢測由乙太網路和 TCP/IP 層負責。
• 資料封裝： Modbus TCP 的訊息幀在 Modbus RTU 的 PDU (協定數據單元，即功能碼 + 數據) 前面增加了一個 MBAP 標頭 (Modbus Application Protocol Header)，形成 ADU (應用數據單元)。MBAP 標頭包含：
  • 交易識別碼 (Transaction Identifier): 用於匹配請求和回應。
  • 協定識別碼 (Protocol Identifier): 始終為 0 表示 Modbus。
  • 長度欄位 (Length Field): 指示後續數據的長度。
  • 單元識別碼 (Unit Identifier): 在乙太網路上識別從站設備 (類似於 RTU 的從站位址)。
• 速度： 乙太網路提供比串列通訊更高的傳輸速率 (例如，10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps 甚至更高)。
• 網路拓撲： 適用於更複雜的乙太網路網路，可以連接更多的設備，並支援長距離甚至跨網路的通訊 (例如，透過區域網路 LAN 或網際網路 WAN)。
• 配置和設定： 需要配置 IP 位址和網路參數。
• 適用場景： 適用於需要高速通訊、長距離傳輸、連接大量設備或需要透過現有乙太網路基礎設施進行通訊的工業環境。

總結差異比較表：

特性	Modbus RTU	Modbus TCP
物理層	串列 (RS-232, RS-485, RS-422)	乙太網路 (TCP/IP)
通訊方式	二進制，半雙工，主/從	二進制，全雙工，客戶端/伺服器
錯誤檢測	CRC 校驗	依賴乙太網路和 TCP/IP 層
資料封裝	從站位址 + 功能碼 + 數據 + CRC	MBAP 標頭 + 功能碼 + 數據
速度	較慢 (受串列線路鮑率限制)	較快 (取決於乙太網路速度)
傳輸距離	有限 (RS-485 約 1200 公尺)	長 (取決於乙太網路基礎設施)
網路拓撲	點對點，多點串列	星狀，樹狀，總線型 (乙太網路)
配置	串列通訊參數 (鮑率、同位等)	IP 位址和網路參數
成本 (硬體)	通常較低	可能較高 (需要乙太網路介面)
複雜性	相對簡單	相對複雜 (涉及網路協定)

如何選擇？

• 如果您的應用是本地的、設備數量有限、對成本敏感且不需要高速通訊，Modbus RTU 可能是一個更經濟實惠且簡單的選擇。
• 如果您的應用需要長距離通訊、連接大量設備、需要更高的傳輸速率或需要利用現有的乙太網路基礎設施，Modbus TCP 則是更好的選擇。

在某些情況下，也可以使用Modbus RTU over TCP 閘道器，將 Modbus RTU 網路橋接到 Modbus TCP 網路，以實現不同類型 Modbus 設備之間的通訊。