ModBusTcp协议（一）

ModBusTcp协议

简介

• Modbus由MODICON公司于1979年开发，是一种工业现场总线协议标准。1996年施耐德公司推出基于以太网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。

• 标准的Modbus协议物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太网接口，采用master/slave方式通信。

• Modbus的工作方式是请求/应答，每次通讯都是主站先发送指令，可以是广播，或是向特定从站的单播；从站响应指令，并按要求应答，或者报告异常。当主站不发送请求时，从站不会自己发出数据，从站和从站之间不能直接通讯。

• Modbus协议是应用层（协议层）报文传输协议，它定义了一个与物理层无关的协议数据单元（PDU），即PDU=功能码+数据域，功能码1byte，数据域不确定。

• Modbus协议能够应用在不同类型的总线或网络。对应不同的总线或网络，Modbus协议引入一些附加域映射成应用数据单元（ADU），即ADU=附加域+PDU，例如modbus tcp/ip------ ADU=MBAP+ADU。

通讯方式

• 以太网：对应的通信模式是Modbus TCP/IP
• 异步串行传输（各种介质如有线RS-232-/422/485/；光纤、无线等）：对应的通信模式是Modbus RTU或Modbus ASCII
• 高速令牌传递网络：对应的通信模式是Modbus PLUS

modbus tcp/ip通信方式

• Modbus设备可分为主站(poll)和从站(slave)。主站只有一个，从站有多个，主站向各从站发送请求帧，从站给予响应。在使用TCP通信时，主站为client端，主动建立连接；从站为server端，等待连接。
  • 主站请求：功能码+数据
  • 从站正常响应：请求功能码+响应数据
  • 从站异常响应：异常功能码+异常码，其中异常功能码即将请求功能码的最高有效位置1，异常码指示差错类型
  • 注意：需要超时管理机制，避免无期限的等待可能不出现的应答
• IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互联网编号分配管理机构）给Modbus协议赋予TCP端口号为502，这是目前在仪表与自动化行业中唯一分配到的端口号。

通信过程

• connect 建立TCP连接
• 准备Modbus报文
• 使用send命令发送报文
• 在同一连接下等待应答
• 使用recv命令读取报文，完成一次数据交换
• 通信任务结束时，关闭TCP连接

报文格式

• Modbus协议的报文（或帧）的基本格式是：表头 + 功能码 + 数据区 + 校验码
• 对于Modbus TCP而言，主站通常称为Client，从站称为Server；而对于Modbus RTU和Modbus ASCII来说，主站是Master，从站是Slave。
• ModbusTCP的数据帧可分为两部分：ADU=MBAP+PDU = MBAP + 功能码 + 数据域，MBAP 7byte，功能码1byte，数据域不确定，由具体功能决定。

报文头MBAP

• MBAP为报文头，长度为7字节，组成如下：

• 事务处理标识	协议标识	长度	单元标识符
  2字节	2字节	2字节	1字节

• 内容	解释
  事务处理标识	报文的序列号，每次通信之后就要加1以区别不同的通信数据报文
  协议标识符	00 00表示ModbusTCP协议
  长度	数据长度，单位为字节
  单元标识符	可以理解为设备地址

帧结构PDU

• PDU由功能码+数据组成。功能码为1字节，数据长度不定，由具体功能决定。

功能码

• Modbus的操作对象有四种：线圈、离散输入、保持寄存器、输入寄存器。

• 对象	含义
  线圈	PLC的输出位，开关量，在Modbus中可读可写
  离散量	PLC的输入位，开关量，在Modbus中只读
  输入寄存器	PLC中只能从模拟量输入端改变的寄存器，在Modbus中只读
  保持寄存器	PLC中用于输出模拟量信号的寄存器，在Modbus中可读可写

• 代码	中文名称	英文名	位操作/字操作	操作数量
  01	读线圈状态	READ COIL STATUS	位操作	单个或多个
  02	读离散输入状态	READ INPUT STATUS	位操作	单个或多个
  03	读保持寄存器	READ HOLDING REGISTER	字操作	单个或多个
  04	读输入寄存器	READ INPUT REGISTER	字操作	单个或多个
  05	写线圈状态	WRITE SINGLE COIL	位操作	单个
  06	写单个保持寄存器	WRITE SINGLE REGISTER	字操作	单个
  15	写多个线圈	WRITE MULTIPLE COIL	位操作	多个
  16	写多个保持寄存器	WRITE MULTIPLE REGISTER	字操作	多个