Modbus 通訊：Word 資料正常，浮點數讀取卻錯誤的原因？ 

在進行 Modbus 通訊時，是否遇過這樣的情況：

• Word 資料讀取正常：例如整數值讀取正確。
• 浮點數讀取出錯：讀到的數值與預期完全不符。

這種問題通常與浮點數的 高低字順序 (Word Order) 有關。以下將解析問題並提供解決方法。

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為什麼會發生高低字順序錯誤？

Modbus 協定中，資料以 16 位元 (2 字節) 的單位傳輸，稱為一個 Word。而浮點數 (Single-Precision Floating Point) 根據 IEEE 754 標準，使用 4 個字節 (32 位元) 表示，需要分為 2 個 Word 傳輸。

這時，關鍵在於 高低字 (Word Order) 的傳輸順序：

1. High Word First (高位在前)：

   • 高位字先傳輸，順序為 [High Word][Low Word]。
   • 這是 Modbus 的常見預設順序。

2. Low Word First (低位在前)：

   • 低位字先傳輸，順序為 [Low Word][High Word]。
   • 某些設備可能採用這種順序。

如果設備或系統解析浮點數時，未考慮高低字順序的設定，就會導致數據錯誤。

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案例分析：浮點數讀取錯誤

假設寫入浮點數值 12.34，其 IEEE 754 表示為：

$$01000001 \, 01001101 \, 01011100 \, 11001000$$

分解為：

• 高位字 (High Word)：0x414D
• 低位字 (Low Word)：0x5CC8

正確情況：

若設備使用 High Word First，讀取的順序應為 [0x414D][0x5CC8]，解析後為正確的 12.34。

錯誤情況：

若設備實際為 Low Word First，但解析時仍按照 High Word First 的順序處理，讀取結果變成：

$$[0x5CC8][0x414D]$$

這將解析成一個錯誤的浮點數值，例如 7.00E-44。

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如何解決高低字順序問題？

1. 確認設備的高低字設定

• 查閱設備手冊，確認其默認的高低字順序。
• 通常會標註為 High Word First 或 Low Word First。

Modbus 通訊最佳化：如何加速資料讀取？

 在工業自動化領域中，Modbus RTU 是一種常見的通訊協定，其效能對系統的穩定性與效率有直接影響。本文將探討如何透過讀取策略最佳化來加速 Modbus 資料讀取。

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基礎設定對效能的影響

Modbus 的效能由多項因素決定，例如：

• 波特率 (Baud Rate)：通訊速度，越高越快。例如，9600 bps 是常見的設定。
• 通訊格式：設定為 9600, E, 8, 1 時，每個字節由 11 個位元組成（起始位元、資料位元、奇偶校驗位元、停止位元）。
• 設備處理延遲：回應時間與設備性能有關，通常為 1~2 毫秒。

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單次讀取 vs. 多次讀取

1. 分開兩次讀取資料

   • 每次讀取 1 個位址（1 word）的通訊：
     • 請求訊框：8 字節
     • 回應訊框：7 字節
     • 完整傳輸時間約為 19.19 毫秒。
   • 若讀取兩次，總時間約為 38.38 毫秒。

2. 一次讀取多筆資料

   • 讀取 2 個位址（2 word）：
     • 請求訊框：8 字節
     • 回應訊框：9 字節（比單次讀取多 2 字節）
     • 完整傳輸時間約為 21.48 毫秒。

比較結果：
一次讀取 2 個 word 比分開兩次讀取快 16.9 毫秒，節省 約 44% 的時間。

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每多讀取一個 word 的時間增加

若一次讀取 n 個 word，每增加 1 個 word，回應訊框會增加 2 字節的資料，所需時間增加量為：

$$\frac{22}{9600} \approx 2.29 \, \text{毫秒}$$

例如：

• 讀取 3 個 word：比 2 個 word 多 2.29 毫秒。
• 讀取 4 個 word：比 3 個 word 再多 2.29 毫秒。

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最佳化建議

1. 合併讀取資料：

   • 儘量將多筆資料合併成一次讀取，減少請求與回應訊框的頻率。

2. 選擇適合的波特率：

   • 在穩定性允許的情況下，選擇更高的波特率（如 19200 或更高）可進一步提升速度。

3. 降低設備處理延遲：

   • 確保設備處理性能穩定，減少回應延遲。

4. 分析資料需求：

   • 規劃通訊邏輯，避免重複讀取不必要的資料。

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結語

透過一次讀取更多資料、提升波特率與優化設備延遲，可以顯著減少 Modbus 通訊的時間成本。在設計通訊策略時，將效率與穩定性結合，能為系統運行帶來最大效益。

Modbus 的讀取最佳化：如何提升通訊效率

在工業自動化中，Modbus 協議是一種廣泛使用的通訊方式，能夠實現控制器與傳感器之間的數據交換。然而，當需要讀取大量資料時，通訊效率成為一個關鍵問題。本文將探討如何利用 Modbus 的機制，實現讀取效率的最佳化。

為什麼需要最佳化讀取？

在讀取 Modbus 資料時，通常的做法是逐筆讀取每一個位址的數據。然而，每次讀取都需要發送完整的通訊幀，包括站號、位址、功能碼和 CRC 校驗碼。當需要讀取多筆資料時，這種逐筆讀取的方法會顯著增加通訊時間，降低系統效率。

最佳化讀取的關鍵：批量讀取

Modbus 規範中允許一次性讀取多筆資料，最大支持 128 BYTE 的數據傳輸。如果能將位址的讀取範圍設置得更長，減少通訊幀的發送次數，便能大幅提升讀取效率。例如，將多個連續的位址一次性讀取，而不是分多次進行，這樣不僅減少了通訊幀的開銷，還能縮短讀取所需的總時間。

實際場景中的挑戰

在使用 HMI（人機界面）讀取 Modbus 資料時，如果通訊速度不足且需要讀取的資料量較大，就可能出現「掃描更新慢」的問題。這種情況在 10 多年前使用 RS-232 或 RS-485 的舊系統中尤為常見。如今，隨著工業 4.0 的發展，各種感測器被廣泛應用，這一問題再次浮現。

應對方案

為了解決這一問題，可以採取以下幾種對策：

• 資料映射功能：檢查感測器是否支持資料映射功能，將需要讀取的關鍵資料集中到一個位址範圍內。這樣，上位機在讀取時只需一次性訪問這個範圍即可，避免了多次讀取的時間浪費。
• 上位機批量讀取：在設計上位機通訊時，應儘量採用批量讀取方式，而不是逐筆讀取。透過優化通訊協議的應用層邏輯，可以有效提高整體通訊效率。

結論

Modbus 的讀取最佳化不僅能提升系統的通訊效率，還能改善使用者的體驗。無論是在傳統的 RS-232/RS-485 環境中，還是在現代的工業 4.0 應用中，通過利用批量讀取和資料映射等技巧，能夠顯著提升系統性能。如果您的系統正在面臨通訊效率的挑戰，現在就是實施這些最佳化策略的好時機。