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。