Modbus TCP通信

Modbus TCP通信概述

MODBUS/TCP是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产品，显而易见，它覆盖了使用TCP/IP协议的“Intranet”和“Internet”环境中MODBUS报文的用途。协议的最通用用途是为诸如PLC’s，I/O模块，以及连接其它简单域总线或I/O模块的网关服务的。

MODBUS/TCP 使MODBUS_RTU协议运行于以太网，MODBUS TCP使用TCP/IP和以太网在站点间传送MODBUS报文，MODBUS TCP结合了以太网物理网络和网络标准TCP/IP以及以MODBUS作为应用协议标准的数据表示方法。MODBUS TCP通信报文被封装于以太网TCP/IP数据包中。与传统的串口方式，MODBUS TCP插入一个标准的MODBUS报文到TCP报文中，不再带有数据校验和地址。

1. 通讯所使用的以太网参考模型

Modbus TCP传输过程中使用了TCP/IP以太网参考模型的5层：

第一层：物理层，提供设备物理接口，与市售介质/网络适配器相兼容

第二层：数据链路层，格式化信号到源/目硬件址数据帧

第三层：网络层，实现带有32位IP址IP报文包

第四层：传输层，实现可靠性连接、传输、查错、重发、端口服务、传输调度

第五层：应用层，Modbus协议报文

2. Modbus TCP数据帧

Modbus数据在TCP/IP以太网上传输，支持Ethernet II和802.3两种帧格式，Modbus TCP数据帧包含报文头、功能代码和数据3部分，MBAP报文头(MBAP、Modbus Application Protocol、Modbus应用协议)分4个域，共7个字节，如图1所示：

图1： MODBUS TCP报文

由于使用以太网TCP/IP数据链路层的校验机制而保证了数据的完整性，MODBUS TCP 报文中不再带有数据校验”CHECKSUM”，原有报文中的“ADDRESS”也被“UNIT ID”替代而加在MODBUS应用协议报文头中。

3. Modbus TCP使用的通讯资源端口号

在Modbus服务器中按缺省协议使用Port 502 通信端口，在Modbus客户器程序中设置任意通信端口，为避免与其他通讯协议的冲突一般建议2000开始可以使用。

4. Modbus TCP使用的功能代码

按照使用的通途区分，共有3种类型分别为：

1) 公共功能代码：已定义好功能码，保证其唯一性，由Modbus.org认可；

2) 用户自定义功能代码有两组，分别为65～72和100～110，无需认可，但不保证代码使用唯一性,如变为公共代码，需交RFC认可；

3) 保留功能代码，由某些公司使用某些传统设备代码，不可作为公共用途。

按照应用深浅，可分为3个类别：

1) 类别0，客户机/服务器最小可用子集：读多个保持寄存器(fc.3)；写多个保持寄存器(fc.16)。

2) 类别1，可实现基本互易操作常用代码：读线圈(fc.1)；读开关量输入(fc.2)；读输入寄存器(fc.4)；写线圈(fc.5)；写单一寄存器(fc.6)。

3) 类别2，用于人机界面、监控系统例行操作和数据传送功能：强制多个线圈(fc.15)；读通用寄存器(fc.20)；写通用寄存器(fc.21)；屏蔽写寄存器(fc.22)；读写寄存器(fc.23)。

5. Modbus TCP通讯应用举例

在读寄存器的过程中，以Modbus TCP请求报文为例,具体的数据传输过程如下：

1) Modbus TCP客户端实况，用Connect()命令建立目标设备TCP 502端口连接数据通信过程；

2) 准备Modbus报文，包括7个字节MBAP内请求；

3) 使用send()命令发送；

4) 同一连接等待应答；

5) 同recv()读报文，完成一次数据交换过程；

6) 当通信任务结束时，关闭TCP连接，使服务器可以为其他服务。