Modbus協(xié)議詳解

Modbus是OSI模型第7層上的應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議，它在連接至不同類型總線或網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備之間提供客戶機(jī)/服務(wù)器通信。目前，可以通過下列三種方式實(shí)現(xiàn)Modbus通信：

　　以太網(wǎng)上的TCP/IP；

　　各種介質(zhì)（有線：EIA/TIA-232-F、EIA-422、EIA/TIA-485-A；光纖、無線等）上的異步串行傳輸；

　　Modbus PLUS，一種高速令牌傳遞網(wǎng)絡(luò)。

　　作為中國國家標(biāo)準(zhǔn)的“基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范”在描述Modbus應(yīng)用協(xié)議的基礎(chǔ)上，提供了Modbus應(yīng)用協(xié)議在串行鏈路和TCP/IP上的實(shí)現(xiàn)指南。

Modbus 通信線

　　Modbus數(shù)據(jù)單元
　　Modbus協(xié)議定義了一個(gè)與基礎(chǔ)通信層無關(guān)的簡單協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），特定總線或網(wǎng)絡(luò)上的Modbus協(xié)議映射能夠在應(yīng)用數(shù)據(jù)單元（ADU）上引入一些附加域。啟動(dòng)Modbus事務(wù)處理的客戶機(jī)創(chuàng)建Modbus PDU，其中的功能碼向服務(wù)器指示將執(zhí)行哪種操作，功能碼后面是含有請(qǐng)求和響應(yīng)參數(shù)的數(shù)據(jù)域。

通用Modbus幀

　　當(dāng)Modbus應(yīng)用在串行鏈路上時(shí)，Modbus ADU的地址域只含有從站地址，而差錯(cuò)校驗(yàn)碼是根據(jù)報(bào)文內(nèi)容執(zhí)行“冗余校驗(yàn)”計(jì)算的結(jié)果，根據(jù)使用的傳輸模式（RTU或ASCII）采用不同的計(jì)算方法。

串行鏈路上的Modbus幀

　　當(dāng)Modbus應(yīng)用在TCP/IP上時(shí)，將使用一種專用報(bào)文頭——MBAP報(bào)文頭（Modbus應(yīng)用協(xié)議報(bào)文頭）來識(shí)別Modbus應(yīng)用數(shù)據(jù)單元。

TCP/IP上的Modbus幀

　　Modbus標(biāo)準(zhǔn)功能碼

　　Modbus協(xié)議定義了三種功能碼：

　　公共功能碼：被確切定義的、唯一的功能碼，由Modbus-IDA組織確認(rèn)、可進(jìn)行一致性測(cè)試且已在MB IETF RFC中歸檔
　　用戶定義的功能碼：用戶無需Modbus-IDA組織的任何批準(zhǔn)就可以選擇和實(shí)現(xiàn)的功能碼，但是不能保證被選功能碼的使用是唯一的
　　保留功能碼：某些公司在傳統(tǒng)產(chǎn)品上現(xiàn)行使用的功能碼，不作為公共使用。
　　公共功能碼定義如下表所示。

　　Modbus通信原理

　　Modbus是一種簡單的客戶機(jī)/服務(wù)器型應(yīng)用協(xié)議，其通信遵循以下的過程：

　　客戶端準(zhǔn)備請(qǐng)求并向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求；
　　服務(wù)器分析并處理客戶端的請(qǐng)求，然后向客戶端發(fā)送結(jié)果；
　　如果出現(xiàn)任何差錯(cuò)，服務(wù)器將返回一個(gè)異常功能碼。

Modbus事務(wù)處理

　　統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)

　　Modbus串行鏈路、Modbus PLUS和Modbus TCP/IP使用的是一種統(tǒng)一的應(yīng)用協(xié)議，因而使得信息從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)而不需改變通訊協(xié)議成為了可能。

　　當(dāng)Modbus在TCP/IP上實(shí)施時(shí)，用戶還可以從IP路由功能中得益，使得分布于世界任何地方的設(shè)備之間都可以進(jìn)行通訊。施耐德電氣還提供了全套的網(wǎng)關(guān)，用于實(shí)現(xiàn)Modbus TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有的Modbus PLUS 或Modbus串行鏈路網(wǎng)絡(luò)之間的互連。

　　IANA委員會(huì)給施耐德電氣公司分配了已為大家熟知的TCP 502端口，以專為Modbus協(xié)議保留。由此可見，Modbus協(xié)議現(xiàn)在已經(jīng)成為Internet標(biāo)準(zhǔn)。Modbus和Modbus TCP/IP也被IEC 61158國際標(biāo)準(zhǔn)承認(rèn)為一種現(xiàn)場(chǎng)總線，同時(shí)它們還是由ITEI管理的中國國家標(biāo)準(zhǔn)。

　　Modbus擁有著名的TCP端口502
　　Modbus TCP/IP是唯一個(gè)被分配到互聯(lián)網(wǎng)端口的工業(yè)以太網(wǎng)專題">工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議！
　　23 -Telnet 遠(yuǎn)程登錄協(xié)議
　　21 -FTP 文件傳輸協(xié)議
　　161 -SNMP 簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議
　　25 -SMTP 簡單郵件傳輸協(xié)議
　　53 -DNS 域名解析服務(wù)
　　110 -POP3 郵局協(xié)議
　　80 -HTTP 超文本傳輸協(xié)議
　　67 -BOOTPS 引導(dǎo)程序協(xié)議服務(wù)器
　　502 -Modbus MODBUS TCP端口

　　簡單而且開放

　　Modbus應(yīng)用協(xié)議非常簡單并且已經(jīng)得到普遍的認(rèn)可，很多制造商都開發(fā)了對(duì)Modbus TCP/IP連接的支持。Modbus TCP/IP的簡單性使得任何小型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如I/O組件，都可以通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，而不需要配備功能強(qiáng)大的微處理器或大容量的內(nèi)存。

　　Modbus TCP/IP —— 高性能

由于結(jié)合了Modbus協(xié)議的簡單性和100 M 以太網(wǎng)的高速度，Modbus TCP/IP展現(xiàn)了卓越的性能，這意味著將這種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在實(shí)時(shí)性要求很高的場(chǎng)合，如I/O掃描，是可行的。

　　Modbus通信透明性

　　Modbus協(xié)議可以方便地在各種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行通信，每種設(shè)備（PLC、HMI、控制面板、變頻器、運(yùn)動(dòng)控制、I/O設(shè)備等）都能使用Modbus協(xié)議來啟動(dòng)遠(yuǎn)程操作，同樣的通信能夠在串行鏈路和TCP/IP以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行，而網(wǎng)關(guān)則能夠?qū)崿F(xiàn)各種使用Modbus協(xié)議的總線或網(wǎng)絡(luò)之間的通信。由此可見，Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)了全方位的通信透明。

Modbus通信全透明