مودبوس

يُعرّف بروتوكول Modbus العميل بأنه الكيان الذي يبدأ عملية إرسال أو استقبال لطلب مهمة محددة من مُستقبِل الطلب . ^{[ 6 ]} ويُطلق على مُستقبِل الطلب، الذي بدأ العميل العملية معه، اسم الخادم . ^{[ 6 ]} على سبيل المثال، عندما يتصل متحكم دقيق بمستشعر لقراءة بياناته عبر Modbus على شبكة سلكية، مثل ناقل RS485، فإن المتحكم الدقيق في هذا السياق هو العميل، والمستشعر هو الخادم. في المصطلحات السابقة، كان يُطلق على العميل اسم "الرئيسي" وعلى الخادم اسم "التابع".

يُعرّف بروتوكول Modbus وحدة بيانات البروتوكول (PDU) بشكل مستقل عن بروتوكولات الطبقات الأدنى في حزمة بروتوكولاته. ويتطلب ربط بروتوكول Modbus بحافلات أو شبكات محددة بعض الحقول الإضافية، والتي تُعرّف كوحدة بيانات التطبيق (ADU). تُنشأ وحدة بيانات التطبيق (ADU) بواسطة عميل داخل شبكة Modbus عند بدء معاملة. المحتويات هي: ^{[ 7 ]}

• وحدة بيانات البروتوكول = رمز الوظيفة + البيانات
• ADU = عنوان إضافي + PDU + فحص الأخطاء

يُطلق على ADU رسميًا اسم إطار Modbus من قبل منظمة Modbus، ^{[ 7 ]} على الرغم من أن الإطار يستخدم كوحدة بيانات في طبقة ربط البيانات في نموذج OSI و TCP/IP (بينما Modbus هو بروتوكول طبقة التطبيق).

يبلغ الحد الأقصى لحجم وحدة بيانات البروتوكول (PDU) 253 بايت. أما الحد الأقصى لحجم وحدة بيانات التطبيق (ADU) على شبكة RS232/RS485 فهو 256 بايت، بينما يبلغ 260 بايت مع بروتوكول TCP. ^{[ 8 ]}

يستخدم بروتوكول Modbus نظام Big-Endian لترميز البيانات، وذلك لتمثيل العناوين وحقول البيانات. وبالتالي، بالنسبة لقيمة 16 بت، يتم إرسال البايت الأكثر أهمية أولاً. على سبيل المثال، عندما تكون قيمة سجل 16 بت هي 0x1234، يتم إرسال البايت 0x12 قبل البايت 0x34. ^{[ 8 ]}

رمز الدالة هو بايت واحد يُحدد رمز الدالة المراد تنفيذها. رموز الدوال هي قيم عددية صحيحة، تتراوح من 1 إلى 255، ويُستخدم النطاق من 128 إلى 255 لاستجابات الاستثناءات.

يحتوي حقل البيانات في وحدة بيانات البروتوكول (PDU) على عنوان يتراوح من 0 إلى 65535 (لا يُخلط بينه وبين عنوان حقل العنوان الإضافي في وحدة بيانات التطبيق (ADU)). ^{[ 9 ]} يمكن أن يكون حقل البيانات في وحدة بيانات البروتوكول فارغًا، وفي هذه الحالة يكون حجمه 0. لن يطلب الخادم أي معلومات، ويحدد رمز الوظيفة الوظيفة المراد تنفيذها. إذا لم يحدث أي خطأ أثناء عملية التنفيذ، فسيتضمن حقل البيانات في استجابة وحدة بيانات التطبيق من الخادم إلى العميل البيانات المطلوبة، أي البيانات التي استلمها العميل سابقًا. في حال حدوث أي خطأ، سيرد الخادم برمز استثناء. ^{[ 6 ]}

تتضمن معاملة Modbus بين العميل والخادم ما يلي: ^{[ 6 ] [ 10 ]}

• الخطوة 1: يبدأ العميل طلبًا باستخدام وحدة بيانات البروتوكول (PDU) = رمز الوظيفة + طلب البيانات
• الخطوة الثانية: يستقبل الخادم الطلب من العميل. ثم يقرأ/يحلل الخادم رمز الوظيفة، ويحصل على عنوان حقل البيانات في وحدة بيانات البروتوكول (PDU)، ثم يحصل على قيمة حقل البيانات هذا، وأخيرًا ينفذ الإجراء بناءً على رمز الوظيفة. إذا لم يكن هناك خطأ خلال هذه الخطوات، فسيرد الخادم برمز الوظيفة = رمز الوظيفة + استجابة البيانات. طالما لم يكن هناك خطأ خلال هذه الخطوات، فسيكون رمز الوظيفة الذي يستجيب به الخادم هو نفسه رمز الوظيفة المرسل من العميل. في حالة وجود أي خطأ خلال هذه الخطوات، سيرد الخادم برمز الوظيفة = رمز وظيفة الاستثناء + رمز الاستثناء (راجع وحدة بيانات البروتوكول mb_excep_rsp_pdu الموضحة أدناه).
• الخطوة 3: يتلقى العميل الرد وينهي المعاملة.

وبناءً على ذلك، يحدد Modbus ثلاثة أنواع من وحدات بيانات البروتوكول (PDU): ^{[ 8 ]}

• وحدة بيانات طلب MODBUS، mb_req_pdu
• وحدة بيانات استجابة MODBUS، mb_rsp_pdu
• وحدة بيانات استجابة استثناء MODBUS، mb_excep_rsp_pdu

mb_req_pdu = رمز الوظيفة (1 بايت) + بيانات الطلب (n بايت)

يعتمد حجم حقل بيانات الطلب على رمز الوظيفة، ويتضمن عادةً قيمًا مثل قيم المتغيرات، وإزاحة البيانات، ورموز الوظائف الفرعية. ^{[ 8 ]}

mb_rsp_pdu = رمز الوظيفة (بايت واحد) + بيانات الاستجابة (عدد n بايت)

كما هو الحال في mb_req_pdu، يعتمد حجم حقل بيانات الاستجابة على رمز الوظيفة، ويتضمن عادةً قيمًا مثل قيم المتغيرات، وإزاحة البيانات، ورموز الوظائف الفرعية. ^{[ 8 ]}

mb_excep_rsp_pdu = رمز دالة الاستثناء (بايت واحد) + رمز الاستثناء (بايت واحد)

رمز دالة الاستثناء = رمز الدالة (بايت واحد) + 0x80. رمز دالة الاستثناء يساوي رمز الدالة، باستثناء أن البت الأكثر أهمية (MSB) فيه يتم تعيينه إلى 1.

تم تعريف رمز الاستثناء (بايت واحد) لـ mb_excep_rsp_pdu في جدول رموز استثناءات MODBUS .

يُعرّف Modbus نموذج بياناته بناءً على سلسلة من الجداول ذات أربعة أنواع أساسية: ^{[ 11 ]}

بالنسبة لكل جدول من الجداول الرئيسية، يسمح البروتوكول باختيار 65536 عنصر بيانات بشكل فردي، وقد صُممت عمليات قراءة أو كتابة هذه العناصر لتشمل عناصر بيانات متتالية متعددة حتى حد أقصى لحجم البيانات يعتمد على رمز وظيفة المعاملة. ^{[ 11 ]}

ملاحظة: تستخدم بعض المصادر مصطلحات تختلف عن المعيار؛ على سبيل المثال ، Force Single Coil بدلاً من Write Single Coil . ^{[ 14 ]}

رموز الوظائف المُعرَّفة من قِبل المستخدم هي رموز وظائف يُحددها المستخدمون. يوفر بروتوكول مودبوس نطاقين من القيم لرموز الوظائف المُعرَّفة من قِبل المستخدم: من 65 إلى 72 ومن 100 إلى 110. من الواضح أن رموز الوظائف المُعرَّفة من قِبل المستخدم ليست فريدة. ^{[ 13 ]}

رموز الوظائف المحجوزة هي رموز وظائف تستخدمها بعض الشركات لمنتجات قديمة، وهي غير متاحة للاستخدام العام. ^{[ 13 ]}

يستخدم بروتوكول Modbus RTU (وحدة التحكم الطرفية عن بُعد)، وهو التطبيق الأكثر شيوعًا لبروتوكول Modbus، تمثيلًا ثنائيًا مضغوطًا للبيانات في عملية الاتصال. يتبع تنسيق RTU الأوامر/البيانات مع مجموع اختباري للتحقق من التكرار الدوري كآلية للتحقق من الأخطاء لضمان موثوقية البيانات. يجب إرسال رسالة Modbus RTU بشكل متواصل دون توقف بين الأحرف. تُفصل رسائل Modbus بفترات سكون. يُرسل كل بايت (8 بتات) من البيانات على شكل 11 بتًا: ^{[ 3 ] [ 24 ]}

• 1 بت البداية
• بيانات/رسالة 8 بت، يتم إرسال البت الأقل أهمية أولاً
• بت واحد للتكافؤ
• 1 بت إيقاف

الوضع الافتراضي هو التكافؤ الزوجي، بينما يمكن تطبيق التكافؤ الفردي أو عدم التكافؤ كخيارات إضافية. ^{[ 24 ]}

سيكون إطار Modbus RTU على النحو التالي: ^{[ 25 ]}

تُعرف عملية حساب CRC على نطاق واسع باسم CRC-16-MODBUS، والتي تكون متعددة الحدود الخاصة بها هي x ¹⁶ + x ¹⁵ + x ² + 1 (متعددة الحدود الجبرية السداسية العشرية العادية هي 8005و معكوسة A001). ^{[ 26 ]}

مثال على إطار Modbus RTU بالنظام الست عشري: 01 04 02 FF FF B8 80(حساب CRC-16-MODBUS للبايتات الخمسة من 01إلى FFيعطي 80B8، والذي يتم إرساله البايت الأقل أهمية أولاً).

لضمان سلامة الإطار أثناء الإرسال، يجب ألا تقل الفترة الزمنية بين إطارين عن زمن إرسال 3.5 حرف، وألا تزيد الفترة الزمنية بين حرفين متتاليين عن زمن إرسال 1.5 حرف. ^{[ 25 ]} على سبيل المثال، مع معدل البيانات الافتراضي 19200 بت/ثانية، تكون أزمنة إرسال 3.5 (t3.5) و1.5 (t1.5) حرفًا من 11 بت كما يلي:

${\displaystyle t3.5=3.5\cdot \left({\frac {11\cdot 1000}{19200}}\right)=2.005\,\mathrm {ms} }$

${\displaystyle t1.5=1.5\cdot \left({\frac {11\cdot 10^{6}}{19200}}\right)=859.375\,\mathrm {\mu s} }$

للحصول على معدلات بيانات أعلى، توصي Modbus RTU باستخدام القيم الثابتة 750  ميكروثانية لـ t1.5 و 1.750 مللي ثانية لـ t3.5. ^{[ 25 ]}

يستخدم بروتوكول Modbus ASCII أحرف ASCII للتواصل. يعتمد تنسيق ASCII على مجموع اختباري للتحقق من التكرار الطولي . تُحاط رسائل Modbus ASCII بنقطتين رأسيتين (":"، قيمة ASCII هي 3A ₁₆ ) وسطر جديد (CR/LF، قيم ASCII هي 0D ₁₆ و0A ₁₆ ). لا يلزم إرسال إطارات Modbus ASCII على دفعات كما هو الحال في Modbus RTU، حيث يُسمح بتأخير يصل إلى ثانية واحدة بين كل إرسال حرف. يُرسل كل حرف ASCII على شكل 10 بتات.

• 1 بت البداية
• حرف ASCII ذو 7 بت، يتم إرسال البت الأقل أهمية أولاً
• بت واحد للتكافؤ
• 1 بت إيقاف

الوضع الافتراضي هو التكافؤ الزوجي، بينما يمكن تطبيق التكافؤ الفردي أو عدم التكافؤ كخيارات إضافية.

يتضمن إطار Modbus ASCII ما يلي: ^{[ 27 ]}

العنوان، والوظيفة، والبيانات، وLRC هي قيم مشفرة بنظام ASCII السداسي العشري، حيث يتم ترميز كل بايت (8 بتات) من المعلومات كحرفين ASCII قابلين للقراءة البشرية من النطاقين 0-9 وA-F. على سبيل المثال، يتم ترميز قيمة البايت 122 ( 1111010 ₂ أو 7A ₁₆ ) كحرفين ASCII، "7" و"A"، ويتم إرسالها كبايتين، 55(37 ₁₆ ، قيمة ASCII لـ "7") و 65(41 ₁₆ ، قيمة ASCII لـ "A").

يُحسب LRC كمجموع قيم 8 بت (باستثناء حرفي البداية والنهاية)، ثم يُعكس ( باستخدام المتمم الثنائي ) ويُشفّر كقيمة 8 بت. على سبيل المثال، إذا كانت قيم العنوان والوظيفة والبيانات هي 247 و3 و19 و137 و0 و10 على التوالي، فإن المتمم الثنائي لمجموعها (416) هو -416؛ وبعد تقليصه إلى 8  بتات، يصبح الناتج 96 (256 × 2 - 416 = 6016 ₎ ، مما يُعطي إطار ASCII التالي المكون من 17 حرفًا :F7031389000A60␍␊. يُستخدم LRC فقط كمجموع اختباري: لأنه يُحسب على البيانات المُشفّرة وليس على الأحرف المُرسلة، فإن خاصيته "الطولية" غير متاحة للاستخدام مع بتات التكافؤ لتحديد أخطاء البت الواحد.

Modbus TCP أو Modbus TCP/IP هو نوع من أنواع Modbus يستخدم للاتصالات عبر شبكات TCP/IP ، ويتصل عبر المنفذ 502. ^{[ 28 ]} لا يتطلب حساب مجموع التحقق، حيث توفر الطبقات الأدنى بالفعل حماية مجموع التحقق.

تتشابه تسمية Modbus TCP مع تسمية بروتوكول Modbus عبر خط التسلسل، حيث أن أي جهاز يرسل أمر Modbus هو "العميل" ويأتي الرد من "الخادم". ^{[ 29 ]}

يُطلق على وحدة البيانات الإضافية (ADU) الخاصة ببروتوكول Modbus TCP رسميًا اسم Modbus TCP/IP ADU من قِبل منظمة Modbus ^{[ 30 ]} ، ويُطلق عليها أيضًا اسم إطار Modbus TCP من قِبل جهات أخرى. ^{[ 3 ]}

MODBUS TCP/IP ADU = رأس بروتوكول تطبيق MODBUS + رمز الوظيفة + البيانات

رأس بروتوكول تطبيق MODBUS - هو الرأس المخصص المستخدم في TCP/IP لتحديد وحدة بيانات تطبيق MODBUS.

يحتوي رأس بروتوكول تطبيق MODBUS على الحقول التالية: ^{[ 31 ]}

يُستخدم مُعرِّف الوحدة مع أجهزة Modbus TCP التي تتكون من عدة أجهزة Modbus، مثل بوابات Modbus TCP إلى Modbus RTU. في هذه الحالة، يكون مُعرِّف الوحدة هو عنوان الخادم للجهاز الموجود خلف البوابة.

سيكون تنسيق إطار MODBUS TCP/IP ADU/Modbus TCP كالتالي: ^{[ 31 ] [ 30 ]}

• Modbus over TCP/IP أو Modbus over TCP أو Modbus RTU/IP - وهو نوع يختلف عن Modbus TCP في أنه يتم تضمين مجموع التحقق في الحمولة، كما هو الحال مع Modbus RTU.
• Modbus عبر UDP – استخدام Modbus عبر UDP على شبكات IP، مما يزيل عبء TCP. ^{[ 32 ] [ 33 ]}

ظهر لاحقًا بروتوكول آخر ذو صلة وثيقة ببروتوكول Modbus، وقد وضعته شركة April Automates، المتخصصة في تصنيع وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC ) ، نتيجةً لجهود تعاونية بين شركتي Renault Automation و Merlin Gerin et Cie الفرنسيتين عام 1985، وهو بروتوكول JBUS. لم تعد الفروقات بين Modbus وJBUS في ذلك الوقت (عدد الكيانات، محطات الخادم) ذات أهمية، إذ اختفى هذا البروتوكول تقريبًا مع سلسلة وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة من April، التي استحوذت عليها شركة AEG Schneider Automation عام 1994 ثم أوقفت إنتاجها. مع ذلك، بقي اسم JBUS مستخدمًا إلى حد ما.

يدعم JBUS رموز الوظائف 1 و2 و3 و4 و5 و6 و15 و16، وبالتالي جميع الكيانات المذكورة أعلاه، على الرغم من اختلاف الترقيم:

• يتطابق الرقم والعنوان: الكيان رقم x له العنوان x في إطار البيانات.
• وبالتالي، لا يتضمن رقم الكيان نوع الكيان. على سبيل المثال، الكيان الذي يحمل السجل رقم 40010 في Modbus سيحمل السجل رقم 9، الموجود في العنوان 9 في JBUS.
• الرقم 0 (وبالتالي العنوان 0) غير مدعوم. يجب ألا يُدخل الخادم أي بيانات حقيقية على هذا الرقم والعنوان، ويمكنه إرجاع قيمة فارغة أو إظهار خطأ عند الطلب.

• بروتوكول تطبيق مودبوس (2012). مواصفات بروتوكول تطبيق مودبوس الإصدار 1.1b3 (ملف PDF) . منظمة مودبوس. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 25 أغسطس 2025. تاريخ الاطلاع: 10 أكتوبر 2023 .
• بروتوكول MODBUS عبر خط الاتصال التسلسلي (2006). دليل مواصفات وتنفيذ بروتوكول MODBUS عبر خط الاتصال التسلسلي، الإصدار 1.02 (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 10 سبتمبر 2025.
• بروتوكول مودبوس للمراسلة عبر TCP/IP (2006). دليل تطبيق بروتوكول مودبوس للمراسلة عبر TCP/IP الإصدار 1.0b (ملف PDF) . منظمة مودبوس. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 6 أغسطس 2025.
• شركة موديكون (1996). دليل مرجعي لبروتوكول مودبوس من موديكون/مودبوس عبر خط تسلسلي (للتطبيقات القديمة فقط) (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 25 أغسطس 2025.

• تنظيم مودبوس

• مودبوس للفنيين الميدانيين على الموقع الإلكتروني modbusbacnet.com
• شرح بروتوكول Modbus في موقع RF Wireless World