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。