Modbus协议介绍及Modbus TCP

一、Modbus起源

1.起源

Modbus由Modicon公司于1979年开发，是一种工业现场总线协议标准。
Modbus通信协议具有多个变种，其中有支持串口，以太网多个版本，其中最著名的是Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus TCP三种
其中Modbus TCP是在施耐德收购Modicon后1997年发布的。

2.分类

1）Modbus RTU
运行在串口上的协议，采用二进制的表现形式以及紧凑型数据结构，通信效率高，应用比较广泛
2）Modbus ASCII
运行在串口上的协议，采用ASCII码进行传输，并且利用特殊字符作为字节开始和结束的标志，传输效率远远低于Modbus RTU ，只有通信数据量比较少时才会考虑它
3）Modbus TCP
运行在以太网上的协议

3.优势

免费、简单、容易使用

4.应用场景

Modbus协议是现在国内工业领域应用最多的协议，不只PLC设备，各种终端设备，比如水控机、水表、电表、工业秤、各种采集设备

5.ModbusTCP特点⭐⭐⭐

1）采用主从问答方式通信
2）Modbus TCP协议属于应用层协议，基于传输层TCP进行传输
3）Modbus TCP默认端口号502

二、Modbus TCP协议格式

ModbusTcp协议包含三部分：报文头、功能码、数据

Modbus TCP/IP协议最大数据帧长度为260字节

1.报文头

包含7个字节，分别是：

2.寄存器

寄存器分类：线圈、离散量输入、保持寄存器、输入寄存器

• 1）离散量和线圈 其实就是位寄存器（每个寄存器数据占1字节），工业上主要用于控制IO设备。
  • 线圈寄存器，类比为开关量，每一个bit都对应一个信号的开关状态。所以一个byte就可以同时控制8路的信号。比如控制外部8路io的高低。 线圈寄存器支持读也支持写，写在功能码里面又分为写单个线圈寄存器和写多个线圈寄存器。
    对应上面的功能码也就是：0x01 0x05 0x0f
  • 离散输入寄存器，离散输入寄存器就相当于线圈寄存器的只读模式，他也是每个bit表示一个开关量，而他的开关量只能读取输入的开关信号，是不能够写的。比如我读取外部按键的按下还是松开。
    所以功能码也简单就一个读的 0x02
• 2）输入和保持寄存器是字寄存器（每个寄存器数据占2个字节），工业上主要用于存储工业设备的值。
  • 保持寄存器，这个寄存器的单位不再是bit而是两个byte，也就是可以存放具体的数据量的，并且是可读写的。比如我我设置时间年月日，不但可以写也可以读出来现在的时间。写也分为单个写和多个写
    所以功能码有对应的三个：0x03 0x06 0x10
  • 输入寄存器，这个和保持寄存器类似，但是也是只支持读而不能写。一个寄存器也是占据两个byte的空间。类比我我通过读取输入寄存器获取现在的AD采集值
    对应的功能码也就一个 0x04

线圈寄存和保持寄存器是可读可写的，离散输入寄存器和输入寄存器只能读不可写。

3.功能码

4.协议包书写模板总结

• 读操作

  • 主机->从机：
    报文头(7字节) + 功能码(1字节) + 起始地址(2字节) + 数量(2字节)

  • 从机->主机：
    报文头(7字节) + 功能码(1字节) + 字节计数(1字节) + 数据（n字节）

• 写单个

  • 主机->从机：
    报文头(7字节) + 功能码(1字节) + 地址(2字节) + 数据/断通标志(2字节)
    断通标志：0xff 00（开） 0x00 00（关）
  • 从机->主机：
    原文返回

• 写多个：

  • 主机->从机：
    报文头(7字节) + 功能码(1字节) + 起始地址(2字节) + 数量(2字节，线圈数/寄存器数) + 字节计数(1字节) + == 数据==（n字节）
  • 从机->主机：
    报文头(7字节) + 功能码(1字节) + 起始地址(2字节) + 数量(2字节，线圈数/寄存器数)