Modbus和Modbus/TCP协议

一.  概述

        Modbus是MODICON公司与1979年开发的一种通讯协议，是一种工业现场总线协议标准。1996年施耐德公司推出了基于以太网TCP/IP的Modbus协议------ModbusTCP。

  Modbus协议是一项应用层报文传输协议，包括ASCII、RTU、TCP三种报文类型，协议本身并没有定义物理层，只是定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管他们是经过何种网络进行通信的。

标准的Modbus协议物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太网口。采用Master/Slave（主/从）方式通信。

Modbus在2004年成为我国国家标准。

二.  协议规范

（1） Modbus应用协议

Modbus是一种简单客户机/服务器应用协议

      客户机能够向服务器发送请求；

      服务器分析请求，处理请求，向客户机发送应答。

（2）通用Modbus帧结构--协议数据单元（PDU）

Modbus协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDU），特定总线或网络上的Modbus协议映射能够在应用数据单元（ADU）上引入一些附加域。

（3）Modbus事务处理（无差错和异常响应）

当服务器对客户机响应时，它使用功能码来指示正常（无差错）响应或者出现某种差错（称为异常响应）。

对于一个正常响应来说，服务器仅复制原始功能码。

对于异常响应，服务器将原始功能码的最高有效位置1后返回，异常码指示差错类型。

（4）串行链路上的Modbus地址规则

Modbus寻址空间有256个不同地址

地址0为广播地址

Modbus主节点没有地址，子节点必须有唯一的地址

0	1-247	248-255
广播地址	子节点单独地址	保留

（5）串行链路上的Modbus帧结构

Modbus串行链路协议是一个主/从协议；

网络上的每个从站必须有唯一的地址；

从站地址用于寻址从站设备，由主站发起；

地址0用于广播模式，从站不需要响应；

RS485和RS232定义了标准的物理端口。

                            

（6）两种Modbus串行传输模式

三.  ModbusTCP简介

ModbusTCP是运行在TCP/IP上的Modbus报文传输协议。通过此协议，控制器相互间通过网络（例如以太网）和其它设备之间通信。

ModbusTCP是开放的协议，IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互联网编号分配管理机构）给Modbus协议赋予TCP编口号为502，这是目前在仪表与自动化行业中唯一分配到的端口号

（1）ModbusTCP数据帧

（2）MBAP报文头

（3）通信应用层

Modbus客户机：允许用户应用控制与远程设备的信息交换。Modbus客户机根据用户应用向Modbus客户机接口的发送要求中所包含的参数来建立一个Modbus请求。

Modbus客户机接口：Modbus客户机接口提供一个接口，使得应用能够生成各类Modbus服务的请求，该服务包括对Modbus应用对象的访问。

Modbus服务器：在收到一个Modbus请求后，模块激活一个本地操作进行读、写或完成其他操作。

（4）客户机通信过程如下

用Connect命令建立与目标设备的连接；

准备Modbus报文包括7个字节的MBAP在内的请求；

使用Send命令发送报文；

在同一连接下等待应答；

用Recv命令读取报文，完成一次数据交换过程。当通信任务结束时，关闭TCP连接，使ModbusTCP服务器可为其它客户机服务。