2016新编MODBUS协议(功能码及报文解析).doc

MODBUS协议
Modbus是一种串行通信协议,是Modicon于1979年,为使用可编程逻辑控制器(PLC)而发表的。事实上,它已经成为工业领域通信协议标准,并且现在是工业电子设备之间相当常用的连接方式。Modbus比其他通信协议使用的更广泛的主要原因有:
公开发表并且无版税要求
相对容易的工业网络部署
对供应商来说,修改移动原生的位或字节没有很多限制
Modbus允许多个设备连接在同一个网络上进行通信,举个例子,一个由测量温度和湿度的装置,并且将结果发送给计算机。在数据采集与监视控制系统(SCADA)中,Modbus通常用来连接监控计算机和remote terminal unit (RTU)。
Modbus协议目前存在用于串口、以太网以及其他支持互联网协议的网络的版本。
大多数Modbus设备通信通过串口EIA-485物理层进行[1]。
对于串行连接,存在两个变种,它们在数值数据表示不同和协议细节上略有不同。Modbus RTU是一种紧凑的,采用二进制表示数据的方式,Modbus ASCII是一种人类可读的,冗长的表示方式。这两个变种都使用串行通讯(munication)方式。RTU格式后续的命令/数据带有循环冗余校验的校验和,而ASCII格式采用纵向冗余校验的校验和。被配置为RTU变种的节点不会和设置为ASCII变种的节点通信,反之亦然。
对于通过TCP/IP(例如以太网)的连接,存在多个Modbus/TCP变种,这种方式不需要校验和的计算。
对于所有的这三种通信协议在数据模型和功能调用上都是相同的,只有封装方式是不同的。
Modbus 有一个扩展版本 Modbus Plus(Modbus+或者MB+),不过此协定是Modicon专有的,和 Modbus不同。它需要一个专门的协处理器来处理类似HDLC的高速令牌旋转。它使用1Mbit/s的双绞线,并且每个节点都有转换隔离装置,是一种采用转换/边缘触发而不是电压/水平触发的装置。连接Modbus Plus到计算机需要特别的接口,通常是支持ISA(SA85),PCI或者PCMCIA总线的板卡。
Modbus协议是一个 master/slave 架构的协议。有一个节点是 master 节点,其他使用Modbus协议参与通信的节点是 slave 节点。每一个 slave 设备都有一个唯一的地址。在串行和MB+网络中,只有被指定为主节点的节点可以启动一个命令(在以太网上,任何一个设备都能发送一个Modbus命令,但是通常也只有一个主节点设备启动指令)。
一个ModBus命令包含了打算执行的设备的Modbus地址。所有设备都会收到命令,但只有指定位置的设备会执行及回应指令(地址 0例外,指定地址 0 的指令是广播指令,所有收到指令的设备都会执行,不过不回应指令)。所有的Modbus命令包含了检查码,以确定到达的命令没有被破坏。基本的ModBus命令能指令一个RTU改变它的寄存器的某个值,控制或者读取一个
I/O端口,以及指挥设备回送一个或者多个其寄存器中的数据。
有许多modems和网关支持Modbus协议,因为Modbus协议很简单而且容易复制。它们当中一些为这个协议特别设计的。有使用有线、无线通信甚至短消息和GPRS的不同实现。不过设计者需要克服一些包括高延迟和时序的问题。
MODBUS通信过程如下图
MODBUS RTU 报文格式
起始位
设备地址
功能代码
数据
CRC校验
结束符
T1-T2-T3-T4
8Bit
8Bit
n个8Bit
16Bit
T1-T2-T3-T4
MODBUS ASCII 报文格式
起始位
设备地址
功能代码
数据
LRC校验
结束符
1个字符
2个字符
2个字符
n个字符
2个字符
2个字符
MODBUS TCP报文
交互标识
协议标识
报文长度
设备标识
功能代码
数据
2字节
一般为0
2字节
一般为0
2字节
高字节在前
1字节
也就是设备地址
1个字符
n个字符
实际上MODBUS RTU与ASCII的内容是完全相同的,不同的的ASCII方式用“:”标识帧起始,用“CR LF”标识帧结束。校验采用LRC,把RTU帧中一个字节的内容换成了2个ASCII字符。比如在RTU方式下设备地址 01 只有一个字节,在ASCII方式下转换成字符串“01”(16进制的30 31 )。
MODBUS TCP 中的设备标识,功能码等与MODBUS RTU相同,可以认为是在MODBUS RTU报文的前边加了一个头,去掉了CRC校验这个尾。
MODBUS协议定义了4种基本数据类型:可读写位数据,只读位数据,只读16位数据,可读写16位数据