MODBUS協(xié)議基本介紹

第一篇 串行鏈路上MODBUS協(xié)議應(yīng)用簡(jiǎn)介

Modbus 是由Modicon(現(xiàn)在的施耐德電氣公司)在 1979 年發(fā)明的，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議。Modbus網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)工業(yè)通信系統(tǒng)，由帶智能終端的可編程序控制器和計(jì)算機(jī)通過(guò)公用線路或局部專用線路連接而成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既包括硬件、也包括軟件。Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通信語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器互相之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)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)。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。

Modbus可以在基于串行鏈路和以太TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信。串行鏈路和 TCP/IP 上的 Modbus 是根據(jù)相應(yīng) ISO 層模型說(shuō)明的兩個(gè)通信規(guī)程。

下圖強(qiáng)調(diào)指出了該標(biāo)準(zhǔn)的主要部分。綠色方框表示規(guī)范。灰色方框表示已有的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

01 傳輸模式

本文主要介紹在基于串行鏈路上常用的兩種傳輸模式（ASCII和RTU），Modbus 串行鏈路協(xié)議是一個(gè)主-從協(xié)議，在同一時(shí)刻，只有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，一個(gè)或多個(gè)子節(jié)點(diǎn)連接于同一串行總線。子節(jié)點(diǎn)不會(huì)主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，只有在收到來(lái)自主節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求時(shí)才會(huì)發(fā)送，主節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)刻只會(huì)發(fā)起一個(gè)Modbus事務(wù)處理。

為了方便理解，我們將主節(jié)點(diǎn)以及子節(jié)點(diǎn)分別稱為主設(shè)備和從設(shè)備。

主設(shè)備可單獨(dú)與從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果是單獨(dú)通信，從設(shè)備返回消息作為回應(yīng)；如果是廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。

當(dāng)數(shù)據(jù)幀到達(dá)終端設(shè)備（從設(shè)備）時(shí)，它通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的“端口”進(jìn)入被尋址到的設(shè)備，該設(shè)備去掉數(shù)據(jù)幀的“信封”（數(shù)據(jù)頭），讀取數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有錯(cuò)誤，就執(zhí)行數(shù)據(jù)所請(qǐng)求的任務(wù)，然后將自己生成的數(shù)據(jù)加入到取得的“信封”中，把數(shù)據(jù)幀返回給發(fā)送者。返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)中包含了以下內(nèi)容：終端從機(jī)地址、被執(zhí)行了的命令、執(zhí)行命令生成的被請(qǐng)求數(shù)據(jù)和一個(gè)校驗(yàn)碼。發(fā)生任何錯(cuò)誤都不會(huì)有成功的響應(yīng)，或者返回一個(gè)錯(cuò)誤指示幀。

Modbus總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

02 MODBUS消息幀

Modbus 協(xié)議定義了一個(gè)與基礎(chǔ)通信層無(wú)關(guān)的簡(jiǎn)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。

通用MODBUS幀

用戶選擇想要的模式，包括串口通信參數(shù)（波特率、校驗(yàn)方式等），在配置每個(gè)控制器的時(shí)候，在一個(gè) Modbus 網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。

兩種模式分類

ASCII消息幀結(jié)構(gòu)

RTU消息幀結(jié)構(gòu)

所選的 ASCII 或 RTU 方式僅適用于標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 網(wǎng)絡(luò)，它定義了在這些網(wǎng)絡(luò)上連續(xù)傳輸?shù)南⒍蔚拿恳晃?，以及決定怎樣將信息打包成消息域和如何解碼。

地址域在幀的開(kāi)始部分，由一個(gè)字節(jié)（8 位二進(jìn)制）組成，十進(jìn)制位 0255，在我們系統(tǒng)中只使用 1147，其它地址保留。這些位標(biāo)明了用戶指定的從設(shè)備的地址，該設(shè)備將接受來(lái)自與之相連主設(shè)備數(shù)據(jù)。每個(gè)從設(shè)備的地址必須是唯一的，僅僅被尋址到的從設(shè)備會(huì)響應(yīng)包含了該地址的查詢。當(dāng)從設(shè)備發(fā)送回一個(gè)響應(yīng)，響應(yīng)中的從設(shè)備地址數(shù)據(jù)便告訴了主設(shè)備是哪臺(tái)設(shè)備與之進(jìn)行通信。

功能碼的作用是指明從設(shè)備要執(zhí)行的動(dòng)作。

數(shù)據(jù)域包括附加信息，從設(shè)備使用這個(gè)信息執(zhí)行功能碼定義的操作。這個(gè)域還包括離散項(xiàng)目和寄存器地址、處理的項(xiàng)目數(shù)量以及域中的實(shí)際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。在某種請(qǐng)求中，數(shù)據(jù)域可以是不存在的（0 長(zhǎng)度），在此情況下服務(wù)器不需要任何附加信息，功能碼僅說(shuō)明操作。

錯(cuò)誤校驗(yàn)域是對(duì)報(bào)文內(nèi)容執(zhí)行“冗余校驗(yàn)”的計(jì)算結(jié)果。根據(jù)不同的傳輸模式（RTU 或 ASCII）使用兩種不同的計(jì)算方法。