MODBUS/TCP協議的使用方法及特點

　　MODBUS/TCP是簡單的、中立廠商的用于管理和控制自動化設備的MODBUS系列通訊協議的派生產品。顯而易見，它覆蓋了使用TCP/IP協議的 “Intranet”和“Internet”環(huán)境中MODBUS報文的用途。協議的最通用用途是為諸如PLC’s，I/O模塊，以及連接其它簡單域總線或 I/O模塊的網關服務的。

　　Modbus是由Modicon(現為施耐德電氣公司的一個品牌)在1979年發(fā)明的，是全球第一個真正用于工業(yè)現場的總線協議。為更好地普及和推動Modbus在基于以太網上的分布式應用，目前施耐德公司已將Modbus協議的所有權移交給IDA(Interface for Distributed Automation，分布式自動化接口)組織，并成立了Modbus-IDA組織，為Modbus今后的發(fā)展奠定了基礎。在我國，Modbus已經成為國家標準GB/T19582-2008。據不完全統(tǒng)計：截止到2007年，Modbus的節(jié)點安裝數量已經超過了1000萬個。

　　Modbus 協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡(例如以太網)和其它設備之間可以通信。它已經成為一通用工業(yè)標準。有了它,不同廠商生產的控制設備可以連成工業(yè)網絡,進行集中監(jiān)控。此協議定義了一個控制器能認識使用的消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設備的過程,如何回應來自其它設備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內容的公共格式。

　　MODBUS/TCP協議是作為一種(實際的)自動化標準發(fā)行的。Modbus協議是一種已廣泛應用于當今工業(yè)控制領域的通用通訊協議。通過此協議，控制器相互之間、或控制器經由網絡(如以太網)可以和其它設備之間進行通信。Modbus協議使用的是主從通訊技術，即由主設備主動查詢和操作從設備。一般將主控設備方所使用的協議稱為Modbus Master，從設備方使用的協議稱為Modbus Slave。典型的主設備包括工控機和工業(yè)控制器等;典型的從設備如PLC可編程控制器等。Modbus通訊物理接口可以選用串口(包括RS232和RS485)，也可以選擇以太網口。其通信遵循以下的過程：

　　●　主設備向從設備發(fā)送請求

　　●　從設備分析并處理主設備的請求，然后向主設備發(fā)送結果

　　●　如果出現任何差錯，從設備將返回一個異常功能碼

　　Modbus 通信協議特點

　　Modbus 協議定義了一個控制器能夠認識使用的消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信的。因此，底層通信方式可以使用 RS232，RS485 等串行鏈路，也可以使用 TCP/IP 以太網鏈路?，F在 Modbus 網絡上通信時，控制器必須要知道該網絡中其他設備的地址，才能識別按地址發(fā)來的消息，并作出相應行為。

　　簡單來說，Modbus 通信協議具有以下幾個特點：

　　Modbus 協議標準開放、公開發(fā)布且無版稅要求，用戶可以免費獲取并使用 Modbus 協議，不需要繳納許可證費用;

　　Modbus 最開始使用 RS232，RS485 等串行鏈路作為底層通信方式，串行總線的接口芯片成本低，而且布線也簡單方便;

　　Modbus 協議只支持多種電氣接口，如 RS232、RS485、TCP/IP 等，還可以在各種介質上傳輸，如雙絞線、光纖、紅外、無線電等;

　　Modbus 是簡單的應用層協議，其協議消息格式簡單、緊湊、通俗易懂，便于用戶理解和使用、廠商開發(fā)和集成，方便形成工業(yè)控制網絡。

　　MODBUS支持的部分功能代碼：

　　以十進制表示。功能碼可以分為位操作和字操作兩類。位操作的最小單位為BIT，字操作的最小單位為兩個字節(jié)。

　　【位操作指令】 讀線圈狀態(tài)01H，讀(離散)輸入狀態(tài)02H，寫單個線圈06H和寫多個線圈0FH。

　　【字操作指令】 讀保持寄存器03H，寫單個寄存器06H，寫多個保持寄存器10H。

　　MODBUS報文模型

　　這里要明白兩個縮略詞：“ADU”“PDU”

　　ADU： 應用數據單元

　　PDU： 協議數據單元

　　Modbus協議兩種傳輸方式

　　常用的MODBUS通訊規(guī)約有兩種，一種是MODBUS ASCII，一種是MODBUS RTU。每個設備必須都有相同的傳輸模式。所有設備都支持RTU模式，ASCII傳輸模式是選項。

　　(1)ASCII傳輸方式

　　Modbus串行鏈路的設備被配置為使用ASCII模式通信時，報文中的每8位字節(jié)以兩個ASCII字符發(fā)送。例：字節(jié)0X5B會被編碼為兩個字符：0x35和0x42進行傳送(ASCII編碼0x35="5"，0x42="B")，這樣傳輸效率會降低。

　　在ASCII模式，報文用特殊的字符區(qū)分幀起始和幀結束。一個報文必須以一個‘冒號’(：)(ASCII十六進制3A)起始，以‘回車-換行’(CRLF)對(ASCII十六進制0D和0A)結束。設備連續(xù)的監(jiān)視總線上的‘冒號’字符。當收到這個字符后，每個設備解碼后續(xù)的字符一直到幀結束。報文中字符間的時間間隔可以達一秒。如果有更大的間隔，則接受設備認為發(fā)生了錯誤。

　　(2)RTU傳輸方式

　　當設備使用RTU(RemoteTerminalUnit)模式在Modbus串行鏈路通信，報文中每個8位字節(jié)含有兩個4位十六進制字符。這種模式的主要優(yōu)點是較高的數據密度，在相同的波特率下比ASCII模式有更高的傳輸效率。每個報文必須以連續(xù)的字符流傳送。

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