MODBUS/TCP協(xié)議的使用方法及特點(diǎn)

　　MODBUS/TCP是簡單的、中立廠商的用于管理和控制自動化設(shè)備的MODBUS系列通訊協(xié)議的派生產(chǎn)品。顯而易見，它覆蓋了使用TCP/IP協(xié)議的 “Intranet”和“Internet”環(huán)境中MODBUS報(bào)文的用途。協(xié)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(wǎng)關(guān)服務(wù)的。

　　Modbus是由Modicon(現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個(gè)品牌)在1979年發(fā)明的，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。為更好地普及和推動Modbus在基于以太網(wǎng)上的分布式應(yīng)用，目前施耐德公司已將Modbus協(xié)議的所有權(quán)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(chǔ)。在我國，Modbus已經(jīng)成為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19582-2008。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：截止到2007年，Modbus的節(jié)點(diǎn)安裝數(shù)量已經(jīng)超過了1000萬個(gè)。

　　Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它,不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設(shè)備的過程,如何回應(yīng)來自其它設(shè)備的請求，以及怎樣偵測錯(cuò)誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。

　　MODBUS/TCP協(xié)議是作為一種(實(shí)際的)自動化標(biāo)準(zhǔn)發(fā)行的。Modbus協(xié)議是一種已廣泛應(yīng)用于當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域的通用通訊協(xié)議。通過此協(xié)議，控制器相互之間、或控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(如以太網(wǎng))可以和其它設(shè)備之間進(jìn)行通信。Modbus協(xié)議使用的是主從通訊技術(shù)，即由主設(shè)備主動查詢和操作從設(shè)備。一般將主控設(shè)備方所使用的協(xié)議稱為Modbus Master，從設(shè)備方使用的協(xié)議稱為Modbus Slave。典型的主設(shè)備包括工控機(jī)和工業(yè)控制器等;典型的從設(shè)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(wǎng)口。其通信遵循以下的過程：

　　●　主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送請求

　　●　從設(shè)備分析并處理主設(shè)備的請求，然后向主設(shè)備發(fā)送結(jié)果

　　●　如果出現(xiàn)任何差錯(cuò)，從設(shè)備將返回一個(gè)異常功能碼

　　Modbus 通信協(xié)議特點(diǎn)

　　Modbus 協(xié)議定義了一個(gè)控制器能夠認(rèn)識使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(wǎng)鏈路。現(xiàn)在 Modbus 網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，控制器必須要知道該網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的地址，才能識別按地址發(fā)來的消息，并作出相應(yīng)行為。

　　簡單來說，Modbus 通信協(xié)議具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

　　Modbus 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開放、公開發(fā)布且無版稅要求，用戶可以免費(fèi)獲取并使用 Modbus 協(xié)議，不需要繳納許可證費(fèi)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(xié)議只支持多種電氣接口，如 RS232、RS485、TCP/IP 等，還可以在各種介質(zhì)上傳輸，如雙絞線、光纖、紅外、無線電等;

　　Modbus 是簡單的應(yīng)用層協(xié)議，其協(xié)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(wǎng)絡(luò)。

　　MODBUS支持的部分功能代碼：

　　以十進(jìn)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(gè)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(gè)線圈06H和寫多個(gè)線圈0FH。

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

　　MODBUS報(bào)文模型

　　這里要明白兩個(gè)縮略詞：“ADU”“PDU”

　　ADU： 應(yīng)用數(shù)據(jù)單元

　　PDU： 協(xié)議數(shù)據(jù)單元

　　Modbus協(xié)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(gè)設(shè)備必須都有相同的傳輸模式。所有設(shè)備都支持RTU模式，ASCII傳輸模式是選項(xiàng)。

　　(1)ASCII傳輸方式

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

　　在ASCII模式，報(bào)文用特殊的字符區(qū)分幀起始和幀結(jié)束。一個(gè)報(bào)文必須以一個(gè)‘冒號’(：)(ASCII十六進(jìn)制3A)起始，以‘回車-換行’(CRLF)對(ASCII十六進(jìn)制0D和0A)結(jié)束。設(shè)備連續(xù)的監(jiān)視總線上的‘冒號’字符。當(dāng)收到這個(gè)字符后，每個(gè)設(shè)備解碼后續(xù)的字符一直到幀結(jié)束。報(bào)文中字符間的時(shí)間間隔可以達(dá)一秒。如果有更大的間隔，則接受設(shè)備認(rèn)為發(fā)生了錯(cuò)誤。

　　(2)RTU傳輸方式

　　當(dāng)設(shè)備使用RTU(RemoteTerminalUnit)模式在Modbus串行鏈路通信，報(bào)文中每個(gè)8位字節(jié)含有兩個(gè)4位十六進(jìn)制字符。這種模式的主要優(yōu)點(diǎn)是較高的數(shù)據(jù)密度，在相同的波特率下比ASCII模式有更高的傳輸效率。每個(gè)報(bào)文必須以連續(xù)的字符流傳送。

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