การสื่อสารข้อมูลในงานอุตสาหกรรม 
ตอนที่ 7 มารู้จักโปรโตคอล Modbus (ตอน 1)

การสื่อสารข้อมูลนั้นจำเป็นต้องมีการสื่อสัญญาณ การเชื่อมต่อ และที่ขาดไม่ได้เช่นกัน นั้นคือภาษาในการสื่อสารหรือทางเทคนิคเรียกว่า โปรโตคอล (Protocol) มีโปรโตคอลมากมายในระบบงานอุตสาหกรรมแต่โปรโตคอลตัวหนึ่งที่ใช้กันมากในงานอุตสาหกรรมและรู้จักกันดีนั้นคือโปรโตคอล Modbus    

โปรโตคอล Modbus เป็นโปรโตคอลที่ถูกพัฒนาโดยบริษัทผู้ผลิต PLC (Programmable Logic Controller) ชื่อบริษัท Modicon ของประเทศสหรัฐอเมริกาซึ่งปัจจุบันได้ถูกควบรวมกิจการเป็นส่วนหนึ่งของบริษัท Schneider Electric 

รูปที่ 1 PLC และ มิเตอร์ที่ใช้ Modbus

โปรโตคอล Modbus เป็นโปรโตคอลที่มีโครงสร้างค่อนข้างง่าย และอ้างอิงถึง OSI เพียงไม่กี่ชั้น ดังนั้นมันจึงเป็นที่นิยม โดยเฉพาะในอุปกรณ์ประเภท PLC และดิจิตอลมิเตอร์ รวมทั้งระบบที่ต้องการความเร็วสูงในการตอบสนองเช่น โรงผลิตไฟฟ้า เป็นต้น

รูปที่ 2 การอ้างอิงของ Modbus บนโมเดล OSI

ตัวมาตรฐาน Modbus ประกอบด้วยโปรโตคอลในระดับแอพลิเคชั่น (OSI ชั้นที่ 7) ที่ใช้การสื่อสารแบบไคลเอนต์/เซิร์ฟเวอร์ (Client/Server) ระหว่างอุปกรณ์ที่ถูกเชื่อมต่อกับระบบบัสของเครือข่าย 

โปรโตคอล Modbus ใช้โครงสร้างการสื่อสารแบบไคลเอนต์/เซิร์ฟเวอร์ โดยมีโหมดการทำงานแบบ รีเควสต์/เรสปอนส์ (Request/Response) หรือการร้องขอและการตอบสนอง โดยไม่มีวิธีการควบคุมการเข้าถึงสื่อ (Media Access Control) ที่ถูกใช้ในเลเยอร์ที่ 2 โมเดลไคลเอนต์/เซิร์ฟเวอร์มีรูปแบบเมสเสจ (Message) อยู่ 4 ชนิดหลัก จากมุมมองของไคลเอนต์และเซิร์ฟเวอร์ 

การส่งรับเมสเสจของโมเดลไคลเอนต์/เซิร์ฟเวอร์ จะถูกใช้เพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างสองอุปกรณ์ หรือระหว่างซอฟต์แวร์ เช่น HMI/SCADA กับอุปกรณ์ที่ใช้โปรโตคอล Modbus ดังรูปที่ 3

รูปที่ 3 การแลกเปลี่ยนเมสเสจของ Modbus

ในกรณีที่ทุกอย่างเป็นปกติ การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างไคลเอนต์และเซิร์ฟเวอร์จะเป็นรูปที่ 5 ไคลเอนต์(อุปกรณ์ที่เป็นมาสเตอร์) จะเริ่มทำการร้องขอข้อมูล ตัวโปรโตคอล Modbus ส่วนใหญ่จะทำงานอยู่ที่ชั้นที่ 7 จะสร้างฟอร์แมตข้อมูลที่เรียกว่า POU (Protocol Data Unit) ซึ่งประกอบด้วยรหัสฟังก์ชั่น หรือ Function Code และข้อมูลที่ทำการร้องขอ ณ ที่ระดับ OSI

ชั้นที่ 2 ข้อมูล PDU จะถูกเพิ่มเติมจนเป็น ADU (Application Data Unit) โดยการเพิ่มฟิลด์ที่เกี่ยวกับการระบุอุปกรณ์ เช่น หมายเลขสแลฟ และ ค่าสำหรับใช้ในการตรวจสอบว่าข้อมูลผิดพลาด (Error Detection) 

รูปที่ 4 รูปแบบเฟรม Modbus

เซิร์ฟเวอร์ (อุปกรณ์สแลฟ) จะทำงานตามคำขอและเริ่มตอบสนองการร้องขอ การปฎิสัมพันธ์ระหว่างไคลเอนต์ละ เซิร์ฟเวอร์ถูกแสดงดังรูปที่ 5

รูปที่ 5 ปฏิสัมพันธ์แบบ ไคลเอนต์/เซิร์ฟเวอร์ ของ Modbus

Modbus ที่วิ่งบนการสื่อสารแบบอนุกรม หรือ Serial Communication จะมีเพียงมาสเตอร์เพียงตัวเดียวเท่านั้นที่เชื่อมต่ออยู่กับบัสพร้อมกับสแลฟหลายตัว แต่สามารถมีจำนวนสแลฟสูงสุดอยู่ที่ 247 การสื่อสารโดย Modbus จะต้องเริ่มต้นที่ตัวมาสเตอร์เสมอ ตัวสแลฟจะไม่สามารถตอบสนองหรือส่งข้อมูลใด ๆ ได้ ถ้าไม่มีการร้องขอจากมาสเตอร์ และ ระหว่างสแลฟด้วยกันเองจะไม่มีการสื่อสารระหว่างกัน 

โหมดยูนิคาสต์ (Unicast Mode) ในโหมดนี้มาสเตอร์จะใช้แอดเดรสหรือหมายเลขแบบระบุตัวสแลฟ หลังจากที่สแลฟรับและประมวลผลการร้องขอ สแลฟจะตอบกลับโดยเฟรมจะมีแอดเดรสของตัวมันตอบกลับไปยังมาสเตอร์ ในโหมดนี้การสื่อสารจะมี 2 เมสเสจ คือเมสเสจการร้องขอจากมาสเตอร์ และเมสเสจการตอบสนองจากสแลฟ โดยที่แต่ละเมสเสจต้องมีหมายเลขแอดเดรสอยู่ในช่วงจาก 1 ถึง 247 และไม่ซ้ำกันจึงจะมีความอิสระจากสแลฟตัวอื่น ๆ

รูปที่ 6 การร้องขอแบบยูนิคาสต์

โหมดบรอดคาสต์ (Broadcast Mode) ในโหมดนี้มาสเตอร์สามารถส่งการร้องขอไปยังทุกสแลฟในเวลาเดียวกัน แต่จะไม่มีเมสเสจตอบกลับมาจากสแลฟใด ๆ การร้องขอในโหมดนี้มักเป็นคำสั่งประเภทเขียน ทุกสแลฟต้องยอมรับคำขอนี้สำหรับฟังก์ชั่นประเภทเขียน แอดเดรสหมายเลข 0 ถูกใช้ในกำหนดเมสเสจให้เป็นเมสเสจบรอดคาสต์

รูปที่ 7 การร้องขอแบบบรอดคาสต์

การกำหนดหมายเลขแอดเดรสของ Modbus
โปรโตคอล Modbus สามารถใช้หมายเลขได้จำนวน 256 หมายเลข

แอดเดรสหมายเลข 0 ถูกจองไว้สำหรับบรอดคาสต์ สแลฟทุกตัวต้องรับรู้และตอบสนองต่อแอดเดรสนี้ยกเว้นฟังก์ชั่นประเภทอ่านข้อมูล

ซินแทกซ์ของไดอะแกรมสถานะ (Syntax of State Diagram)
     เพื่อความเข้าใจในไดอะแกรมสถานะ ซินแทกซ์นี้จะช่วยให้เข้าใจยิ่งขึ้น

รูปที่ 8 ซินแทกซ์ของไดอะแกรมสถานะ

เมื่อ Trigger หรือเกิดการเปลี่ยนแปลงขึ้นในระบบโดยที่ระบบอยู่ในสถานะ A แล้วสถานะ A ของระบบจะเปลี่ยนไปยังสถานะ B ถ้า Guard Condition หรือเงื่อนไขถูกต้องเป็นจริง และระบบจะทำดำเนินการตามฟังก์ชั่นที่ถูกตั้งไว้

ไดอะแกรมสถานะของมาสเตอร์ (Master State Diagram)

รูปที่ 9 ไดอะแกรมสถานะของมาสเตอร์

-  สถานะว่าง คือไม่มีการร้องขอ สถานะหรือสเตตนี้จะเริ่มหลังจากเริ่มเปิดใช้งานอุปกรณ์ หลังจากที่ได้ส่งการร้องขอ มาสเตอร์จะออกจากสถานะว่าง และจะไม่ส่งการร้องขอที่สองในเวลาเดียวกัน

-  เมื่อการร้องขอแบบยูนิคาสต์ได้ถูกส่งไปยังสแลฟ มาสเตอร์จะไปอยู่ที่สถานะรอการตอบกลับ และตัวจับเวลาเพื่อรอการตอบสนองก็จะเริ่มนับเวลาซึ่งมันจะป้องกันไม่ให้มาสเตอร์รอการตอบกลับอย่างไม่มีที่สิ้นสุด เวลาในการรอการตอบสนองจะขึ้นอยู่กับการตั้งค่าของผู้ใช้หรือผู้ผลิต

-  เมื่อได้รับการตอบกลับ มาสเตอร์จะตรวจสอบการตอบกลับ ก่อนที่จะประมวลผลข้อมูลภายใน การตรวจสอบอาจจะตรวจเจอข้อผิดพลาดได้ ยกตัวอย่างการตอบกลับอาจจะมาจากสแลฟที่ไม่ได้ถูกร้องขอ หรือมีความผิดพลาดในเฟรมที่รับมา ในกรณีที่การตอบกลับมาจากตัวสแลฟที่ไม่ต้องการ ตัวจับเวลารอการตอบกลับก็ยังวิ่งจับเวลารอต่อไป ในกรณีตรวจเจอความผิดพลาดในเฟรมอาจจะมีการส่งการร้องขอซ้ำอีกครั้ง

-  ถ้าไม่มีการตอบกลับ ตัวจับเวลารอการตอบกลับจนหมดเวลา พร้อมทั้งแจ้งความผิดพลาดให้ระบบ แล้วมาสเตอร์จะเปลี่ยนไปอยู่ในสถานะว่าง และส่งการร้องขอซ้ำ จำนวนการส่งซ้ำจะขึ้นอยู่กับการตั้งค่าของผู้ใช้หรือผู้ผลิต

-  เมื่อมีการร้องขอแบบบรอดคาสต์ส่งลงบนบัสจะต้องไม่มีการตอบกลับใดใดจากสแลฟ ดังนั้นเวลาการรอจะขึ้นอยู่กับมาสเตอร์เพื่อรอให้ทุกสแลฟประมวลผลการร้องขอล่าสุดจนเสร็จสิ้น ก่อนที่จะส่งการร้องขอใหม่ ระยะเวลาหน่วงนี้ถูกเรียกว่า Turnaround Delay ดังนั้นมาสเตอร์จะไปอยู่ที่สถานะรอการหน่วงเวลาจำนวน 1 รอบทรานแซคชั่น ก่อนที่จะกลับไปอยู่ที่สถานะว่างและส่งการร้องขออื่น ๆ ต่อไป

-  ในโหมดยูนิคาสต์ ระยะเวลารอการตอบสนองต้องนานเพียงพอสำหรับรอให้สแลฟประมวลผลการร้องขอพร้อมระยะเวลาในการส่งการตอบรับ ในโหมดบรอดคาสต์เวลา Turnaround ต้องนานเพียงพอสำหรับสแลฟในการประมวลผลพร้อมทั้งการรอรับการร้องขอใหม่ ดังนั้นเวลา Turnaround ต้องสั้นกว่าเวลาการรอการตอบสนองปกติ โดยทั่วไปแล้วเวลาการรอการตอบสนองจะอยู่ที่ 1 วินาทีที่บรอดเรต 9,600 bps และเวลา Turnaround ควรอยู่ที่ 100 มิลลิวินาที ถึง  200 มิลลิวินาที

รูปที่ 10 ไดอะแกรมสถานะของสแลฟ

- สถานะว่างคือไม่มีการร้องขอจากมาสเตอร์
- เมื่อได้รับการร้องขอ สแลฟจะตรวจสอบว่าเมสเสจก่อนที่จะดำเนินการตามการร้องขอในเมสเสจ มีหลายความผิดพลาดที่เกิดขึ้นได้เช่น ฟอร์แมตผิดพลาด คำสั่งไม่ถูกสนับสนุน ในกรณีผิดพลาดเหล่านี้ สแลฟต้องแจ้งความผิดพลาดไปยังมาสเตอร์
- เมื่อสแลฟดำเนินการเสร็จเรียบร้อย ถ้าเป็นเมสเสจแบบยูนิคาสต์ สแลฟต้องตอบกลับหรือ ยืนยันกลับไปยังมาสเตอร์

รูปที่ 11 ไดอะแกรมเวลาการสื่อสารของมาสเตอร์/สแลฟ

มีสองโหมดในการส่งข้อมูลแบบอนุกรมที่ถูกนิยามใน Modbus นั้นคือ โหมด RTU และ ASCII แต่ละโหมดได้ถูกนิยามการเข้ารหัสในเมสเสจและการส่งบิตข้อมูลบนสายสื่อสารแบบอนุกรม โหมดการส่งข้อมูลต้องเหมือนกันทั้งสองด้านของการสื่อสารแบบอนุกรม 

Modbus RTU สมควรเป็นโหมดที่ทุกอุปกรณ์ที่สนับสนุนโปรโตคอล Modbus ต้องสนับสนุน ส่วน Modbus ASCII เป็นเพียงโหมดทางเลือกที่ใช้ในระบบงานบางระบบเท่านั้น อุปกรณ์ควรสามารถเลือกโหมดตามที่ผู้ใช้ต้องการไม่ว่าจะเป็น RTU และ ASCII โดยที่โหมดดีฟอลต์ต้องเป็นโหมด RTU

เมื่ออุปกรณ์สื่อสารใช้โหมด Modbus RTU แต่ละ 8 บิตในเมสเสจจะถูกแบ่งเป็น 2 ส่วน ส่วนละ 4 บิตเพื่อแทนที่หรือแสดงด้วยอักขระ ASCII 2 อักขระ ข้อดีของโหมด RTU คือสามารถลดจำนวนไบต์ที่ใช้ส่งข้อมูลได้เกือบครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับโหมด ASCII แต่ละเมสเสจต้องส่งข้อมูลเป็นไบต์ต่อเนื่องกัน

โดยปกติจะใช้โหมด RTU จะใช้อีเวนพาริตี้ (Even Parity) แต่พาริตี้อื่นก็สามารถใช้ได้ เพื่อที่ให้แน่ใจว่าอุปกรณ์สามารถทำงานกับอุปกรณ์อื่นได้ อุปกรณ์ควรสนับสนุนการส่งแบบไม่มีพาริตี้ (No Parity) ถ้าไม่มีพาริตี้จะต้องมีบิตหยุดจำนวน 2 บิตในการส่งข้อมูลจำนวนหนึ่งไบต์

รูปที่ 12 ฟอร์แมตในการส่งข้อมูลหนึ่งไบต์ของ Modbus RTU

เมสเสจของ Modbus RTU จะถูกจัดว่าเป็นเฟรมที่มีจุดเริ่มและจุดจบของเฟรมชัดเจน คุณสมบัตินี้ทำให้อุปกรณ์ที่รับเฟรมสามารถรับรู้จุดเริ่มต้นของเมสเสจและสามารถรับรู้ว่าเมสเสจจบเมื่อไร เมสเสจครึ่ง ๆ กลาง ๆ จะสามารถตรวจสอบเจอและจะถูกทิ้งไป

รูปที่ 13 การส่งเฟรมของ Modbus RTU

ตลอดทั้งเมสเสจ เฟรมต้องส่งอักขระอย่างต่อเนื่องกัน ถ้ามีช่วงว่างมากกว่า 1.5 อักขระเกิดขึ้นระหว่าง 2 อักขระ เมสเสจนั้นจะต้องถูกตีความว่าไม่สมบูรณ์และถูกเพิกเฉยและทิ้งโดยตัวรับเมสเสจ

รูปที่ 14 ช่วงว่างภายในเมสเสจของ Modbus RTU

รูปที่ 15 ไดอะแกรมสถานะของ Modbus RTU

- การเปลี่ยนจากสถานะเริ่มต้นไปยังสถานะว่าง ต้องรอหน่วงเวลา t3.5 เพื่อทำให้แน่ใจระยะช่วงระหว่างเฟรม
- สถานะว่างคือสถานะปกติที่ไม่มีการส่งและรับ
- ในโหมด RTU การสื่อสารต้องจะกลับมาที่สถานะว่าง เมื่อไม่มีการส่งข้อมูลใดใดนานมากกว่าช่วงเวลา  3.5 อักขระ
- เมื่อการเชื่อมต่ออยู่ในสถานะว่าง แต่ละอักขระที่ถูกส่งบนบัสจะถูกตรวจสอบว่าเป็นจุดเริ่มต้นของเฟรม หลังจากตรวจเจอ สถานะการเชื่อมต่อจะย้ายไปอยู่แอกตีฟ จุดจบของเฟรมสามารถคาดการณ์ได้

- เมื่อฟิลด์หมายเลขแอดเดรสได้ถูกวิเคราะห์ว่าเป็นเฟรมของอุปกรณ์นั้นๆ ถ้าเฟรมไม่มีข้อผิดพลาดจนถูกทิ้ง หลังจากตรวจเจอจุดจบของเฟรม การคำนวณ CRC และการตรวจสอบก็จะถูกดำเนินการ  เพื่อที่จะลดเวลาในการประมวลผลของการรับเฟรม หมายเลขแอดเดรสของอุปกรณ์จะถูกตรวจสอบทันทีโดยไม่จำเป็นต้องรอจนจบเฟรม ส่วนตัว CRC จะถูกคำนวณก็ต่อเมื่อเฟรมนั้นเป็นของอุปกรณ์หรือเป็นเมสเสจประเภทบรอดคาสต์

Modbus RTU มีฟิลด์สำหรับตรวจสอบความผิดพลาดที่ใช้หลักการของ CRC (Cyclical Redundancy Checking) โดยค่าจะคำนวณจากข้อมูลภายในเมสเสจ ตัว CRC มีไว้ตรวจสอบเนื้อหาจริง ๆ ภายในเมสเสจทั้งหมดโดยอิสระจากการตรวจสอบของพาริตี้ที่ใช้ตรวจสอบเบื้องต้นในแต่ละอักขระ ตัว CRC จะมีทั้งหมด 16 บิตโดยแบ่งเป็นจำนวน 2 ไบต์

CRC จะถูกเติมต่อท้ายของเมสเสจโดยที่ไบต์ต่ำจะถูกเติมก่อนตามด้วยไบต์สูง ดังนั้นไบต์สูงของ CRC จะถูกส่งเป็นลำดับสุดท้ายของเมสเสจของ Modbus RTU

ค่าของ CRC จะถูกคำนวณโดยอุปกรณ์ที่ส่งเมสเสจ อุปกรณ์ที่รับเมสเสจนี้จะทำการคำนวณซ้ำอีกครั้งระหว่างที่รับเมสเสจ และจะเปรียบเทียบกับค่า CRC ที่มากับเมสเสจ ถ้าทั้งสองค่าไม่เท่ากันแสดงว่ามีความผิดพลาดเกิดขึ้น อีกวิธีการหนึ่งที่ใช้ในการตรวจสอบเมสเสจที่ได้รับนั้นคือการคำนวณหาค่า CRC จากเนื้อหารวมทั้งค่า CRC ที่ส่งมา ผลลัพธ์ที่ได้ก็คือ ถ้าข้อมูลทุกค่าถูกต้องนั้น CRC ที่คำนวณได้ต้องมีค่าเท่ากับศูนย์ 

การคำนวณ CRC เริ่มที่การตั้งค่าเริ่มต้นขนาด 16 บิตเข้าไปที่ตัวรีจิสเตอร์ที่มีทุกบิตมีค่าเท่ากับหนึ่ง หลังจากนั้นเริ่มนำข้อมูลแต่ละไบต์ของเมสเสจเข้ามาคำนวณกับค่าภายในรีจิสเตอร์ ระหว่างการคำนวณ CRC แต่ละไบต์จะถูกดำเนินการ XOR (Exclusive OR) กับค่าในรีจิสเตอร์ แล้วผลรับที่ได้ก็จะถูกชิฟต์ (Shift) หนึ่งบิตไปยังทิศทางทาง LSB พร้อมทั้งเติมบิตค่าเท่ากับศูนย์ที่ตำแหน่ง MSB 

ตัวบิตที่ถูกชิฟต์ออกจะถูกนำมาตรวจสอบ ถ้ามีค่าเท่ากับหนึ่งแล้วค่าในรีจิสเตอร์จะถูกทำ XOR กับรหัสโพลีโนเมียล (Polynomial Code) โดยผลลัพธ์ก็ถูกนำไปเก็บที่รีจิสเตอร์ตัวเดิม แต่ถ้ามีค่าเท่ากับศูนย์ จะไม่ทำการ XOR กระบวนการนี้จะถูกทำซ้ำจนกระทั้งมีการชิฟต์จำนวนแปดครั้งหรือแปดบิต หลังจากการชิฟต์ครั้งที่แปด ไบต์ถัดไปจะถูกทำ XOR กับค่าในรีจิสเตอร์ปัจจุบัน และทำตามขั้นตอนเดิมจำนวนแปดครั้ง ค่าสุดท้ายของรีจิสเตอร์หลังจากที่ทุกไบต์ของเมสเสจได้ถูกนำมาคำนวณนั้นก็คือค่า CRC

รูปที่ 16 โฟลชาร์ตการคำนวณ CRC

รูปที่ 17 การคำนวณ CRC ของข้อมูล 0x1D

เมื่ออุปกรณ์ถูกตั้งค่าให้ใช้โหมด Modbus ASCII (American Standard Code for Information Interchange) แต่ละไบต์ในเมสเสจจะถูกส่งโดยใช้ 2 อักขระของรหัส ASCII 

โหมดนี้ถูกใช้ในการเชื่อมต่อ ถ้าอุปกรณ์ไม่สามารถใช้โหมด RTU อันเนื่องประสิทธิภาพฮาร์ดแวร์และการจัดการตัวจับเวลามีไม่เพียงพอ โหมดนี้โดยภาพรวมมีประสิทธิผลต่ำกว่าโหมด RTU เพราะแต่ละไบต์ข้อมูลต้องการ 2 อักขระ ASCII

โดยปกติโหมด ASCII จะใช้ อีเวนพาริตี้ (Even Parity) แต่พาริตี้อื่น ๆ ก็สามารถใช้ได้ เพื่อที่ให้แน่ใจว่าอุปกรณ์สามารถทำงานกับอุปกรณ์อื่นได้ อุปกรณ์สมควรสนับสนุนโนพาริตี้ (No Parity) หรือไม่มีพาริตี้ ถ้าไม่มีพาริตี้จะต้องมีบิตหยุดจำนวน 2 บิต

รูปที่ 18 ฟอร์แมตในการส่งข้อมูลหนึ่งไบต์ของ Modbus ASCII

เมสเสจของ Modbus ASCII จะถูกจัดเป็นเฟรมที่มีจุดเริ่มและจุดจบของเฟรม เช่นเดียวกับ Modbus RTU คุณสมบัตินี้ทำให้อุปกรณ์ที่รับเฟรมสามารถรับรู้จุดเริ่มต้นของเมสเสจและสามารถรับรู้ว่าเมสเสจจบเมื่อไร เมสเสจครึ่ง ๆกลาง ๆ จะสามารถูกตรวจสอบเจอ

ใน Modbus ASCII แต่ละเมสเสจจะต้องถูกแบ่งแยกด้วยอักขระที่ความหมายพิเศษที่ได้กำหนดไว้ก่อนแล้ว เช่น เป็นจุดเริ่มต้นของเฟรมและจุดจบของแฟรม เมสเสจทุกเมสเสจต้องเริ่มต้นอักขระโคลอน “:” รหัส ASCII 0x3A) และจบด้วยอักขระเป็นคู่นั้นคือ CRLF (รหัส ASCII 0xD และ 0xA) หรือการขึ้นบรรทัดใหม่นั้นเอง

อักขระที่ใช้ได้ในการส่งคืออักขระ ASCII ที่ใช้สื่อถึงเลขเดี่ยวในฐาน 16 (0-9, A-F) อุปกรณ์จะคอยตรวจอักขระ “:” เมื่อมันตรวจเจอมันจะพยายามแปลความหมายทุกอักขระจนกระทั่งเจอจุดจบของเฟรม

รูปที่ 19 การส่งเฟรมของ Modbus ASCII

แต่ละไบต์ข้อมูลต้องการ 2 อักขระ ASCII สำหรับการเข้ารหัส ขนาดข้อมูลสูงสุดของ Modbus ASCII จะมีขนาดเป็นสองเท่าของ Modbus RTU (252) เป็นผลให้ขนาดข้อมูลสูงสุดของ Modbus ASCII อยู่ที่ 512 ไบต์

รูปที่ 20 ไดอะแกรมสถานะของ Modbus ASCII

* สถานะว่างคือสถานะปกติไม่มีการส่งและรับ
* แต่ละการรับอักขระ “:” หมายความถึงจุดเริ่มต้นของเมสเสจใหม่ ถ้าเมสเสจกำลังประมวลผลการรับอยู่และได้รับอักขระ “:” อีก  เมสเสจปัจจุบันที่กำลังแปลจะถูกตีความว่าไม่สมบูรณ์และถูกทิ้งไป รวมทั้งบัฟเฟอร์จะถูกเคลียร์เริ่มใหม่อีกด้วย
* หลังจากตรวจเจอจุดจบของเฟรม LRC จะถูกคำนวณและตรวจสอบว่าถูกต้องหรือไม่ เพื่อที่จะลดเวลาในการประมวลผล แอดเดรสจะถูกวิเคราะห์ตั้งแต่แรกโดยไม่ต้องรอถึงจุดจบของเฟรม

ในโหมด Modbus ASCII เมสเสจจะมีการตรวจสอบความผิดพลาดโดยใช้วิธีการ LRC (Longitudinal Redundancy Checking) โดยจะคำนวณบนเนื้อหาของเมสเสจโดยไม่รวมตัว “:” และ “CRLF” 

ตัว LRC จะมีขนาดเพียงหนึ่งไบต์ ค่า LRC จะถูกคำนวณโดยอุปกรณ์ที่ส่งเมสเสจและต่อท้ายเข้าไปในเมสเสจ อุปกรณ์ที่รับเมสเสจจะคำนวณ LRC ระหว่างการรับเมสเสจ และเปรียบเทียบกับค่ากับค่า LRC ที่มากับเมสเสจ ถ้าค่าไม่เท่ากันแสดงว่ามีความผิดปกติเกิดขึ้น อีกวิธีการหนึ่งคือการคำนวณ LRC ใหม่รวมกับค่า LRC ที่มากับเมสเสจค่าที่ได้จะต้องเป็นศูนย์จึงหมายความว่าเมสเสจนั้นไม่ผิดพลาด

ค่า LRC ถูกคำนวณโดยวิธีการบวกค่าแต่ละไบต์ในเมสเสจเข้าด้วยกันโดยไม่สนใจค่าที่ทดเกินขนาดแปดบิต และทำการ 2’s Complement ผลบวกให้กลายเป็นทางด้านลบ 

รูปที่ 21 ตัวอย่างการคำนวณ LRC

static unsigned char LRC(auchMsg, usDataLen)/* the function returns the LRC as a type unsigned char*/
     unsigned char *auchMsg;/* message to calculate LRC upon*/
     unsigned short usDataLen;/* quantity of bytes in message*/
     {
     unsigned char uchLRC = 0;/* LRC char initialized*/
     while (usDataLen––)/* pass through message buffer*/
     uchLRC += *auchMsg++; /* add buffer byte without carry */
     return ((unsigned char)(–((char)uchLRC)));/* return twos complement */
     }

เอกสารอ้างอิง

1. J.E Goldman and P.T Rawles, Applied Data Communications. Addison-Wesley, New York,2001
2. J. Fulcher, An Introduction to Microcomputer Systems: Architecture and Interfacing. Addison-Wesley, Sydney,1989
3. S. Mackay, E. Wright, D. Reynders and .J Park, Practical Industrial Data Network: Design, Installation and Troubleshooting. IDC Technologies, Perth,2004
4. J.R. Vacca, High-speed Cisco Networks: Planning, Design, and Implemention. CRC Press LLC, Florida,2001   
5. MODBUS.ORG, MODBUS Over Serial Line Specification and Implementation Guide V1.0, 2002