Modbus协议

一.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。

二.分类

1. Modbus RTU：运行在串口上的协议，采用二进制表现形式以及紧凑的数据结构，通信效率较高，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，并且每个字节的开始和结束都有特殊字符作为标志，传输效率远远低于Modbus RTU，一般只有通讯量比较少时才会考虑

3. Modbus TCP：Modbus TCP是基于以太网的变体，使用TCP/IP协议栈进行数据传输。它使用标准的以太网物理层和IP网络连接，可以通过以太网进行设备间的通信。

三.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。

四.Modbus TCP协议

1.Modbus TCP特点

1. 采用主从问答的通信，主机可以对应多个从机，可以特意问某个从机。不仅采集还要控制，有问必有答。

2. 使用TCP/IP协议栈，能够实现可靠的数据传输，并支持通过路由器或者互联网对设备进行远程访问和控制。

3. 支持高速通信，与Modbus RTU或Modbus ASCII等串行通信相比较，它的通信速度更快，可以实现更高的数据传输效率。

4.Modbus TCP端口号默认502

5. 灵活性高，可以通过可编程控制器（PLC）或其他设备对不同种类的数据（如寄存器或线圈）进行读写。

总之，Modbus TCP是一种基于以太网的工业自动化控制系统通信协议，它具有高速通信、报文完整性和可靠性等特点。如果您还有其他问题，可以继续向我提问。

2.Modbus TCP组成

Modbus TCP协议包含三部分：报文头、功能码、数据

报文头：7个字节 （byte）功能码：1个字节
Modbus TCP/IP协议最大数据帧长度为260字节

（1）MBAP报文头

事务处理标识符：区分消息 ，一般主机怎么发，从机怎么回复。
协议标识符： 固定 00 00
长度：接下来的字节长度。
单元标识符：从机id
总结：报文头包含的内容个数、顺序都不可以调换

（2）寄存器（存储数据）
Modbus TCP使用不同类型的寄存器来存储和读取数据，包括离散量输入、线圈、输入寄存器和保持寄存器。

1. 线圈寄存器（Coil Register）和离散量输入寄存器（Discrete Input Register）都属于位寄存器。每个寄存器占用1字节，用于存储开关状态（0或1）。线圈寄存器用于控制IO设备的输出状态，而离散量输入寄存器则用于读取输入信号。

2. 输入寄存器（Input Register）和保持寄存器（Holding Register）属于字寄存器。每个寄存器占用2个字节，用于存储工业设备的值。保持寄存器可以读写，用于存储配置参数、控制命令或状态信息。而输入寄存器只支持读取，用于获取工业设备的输入数据，例如AD采集值或传感器读数。

总结而言，通过Modbus TCP协议可以通过不同类型的寄存器来读取和写入数据。线圈寄存器和离散量输入寄存器用于控制和读取开关量状态，而输入寄存器和保持寄存器用于读取和存储字节或字数据。对于每种寄存器类型，客户端可以使用相应的功能码进行读写操作。

（3）功能码

寄存器PLC地址和寄存器的对应关系：
00001-09999 ：线圈
10001-19999：离散量输入
30001-39999：输入寄存器
40001-49999：保持寄存器

五.Modbus RTU协议

1.与Modbus TCP的区别

在一般工业场景中，使用Modbus RTU的情况更常见一些。Modbus RTU是基于串行通信协议的一种形式，通常使用RS-232或RS-485等工业总线协议进行数据的收发。

与Modbus TCP不同，Modbus RTU没有报文头中的MBAP字段。而在尾部，Modbus RTU增加了两个CRC检验字节（CRC16），用于数据完整性的校验。这是因为在网络协议中，如TCP协议，已经包含了自带的校验机制，所以在Modbus TCP中不需要使用CRC校验码。

总体而言，Modbus RTU和Modbus TCP在使用方法上基本一致，只是在创建Modbus对象时有所不同。对于Modbus TCP，需要传入网络Socket信息；而对于Modbus RTU，则需要传入串口相关信息。

2.Modbus RTU特点

Modbus RTU也是主从问答协议，由主机发起，一问一答
Modbus RTU通过串口进行通信

设置串口参数：
设置串口参数时要求：
波特率为9600
8位数据位
1位停止位
无流控

3.Modbus RTU协议格式

Modbus RTU数据帧组成：地址码 功能码 数据 校验码
地址码：从机id
功能码:（同Modbus TCP）读：01 02 03 04 写单个：05 06 写多个：0f 10
数据：起始地址 数量 数据
校验码：2个字节，对地址码、功能码和数据进行校验，通过函数自动生成