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帶你輕松了解Modbus協(xié)議

更新時間：2021年11月03日 11:30:22 作者：被遺忘的涼白開

這篇文章主要給大家介紹了關于Modbus協(xié)議的相關資料,此協(xié)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(jīng)過何種網(wǎng)絡進行通信的,需要的朋友可以參考下

1、Modbus是什么

基本上，Modbus 是一種用于設備之間通信的應用層協(xié)議主要用于交換自動化領域的典型數(shù)據(jù)。

在這個級別上，Modbus 是一種無狀態(tài)的客戶端-服務器協(xié)議（例如，很像 HTTP），基于事務，它由請求（由客戶端發(fā)出）和響應（由服務器發(fā)出）組成。在通常應用該協(xié)議的領域中，存在一個概念，即使用共享信號電纜的網(wǎng)絡上控制較低級別通信行為的可能模式之一：主從。為了防止混淆，以下有向關系根據(jù)客戶端-服務器范式描述了主從：

Master

主站對應 ----> 客戶端

Slave

從站對應----->服務端

2、Modbus協(xié)議解析

無狀態(tài)通信基于一個簡單的包，稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PDU)。協(xié)議規(guī)范定義了三種類型的 PDU：

請求 PDU，包括：

指定功能的代碼（功能代碼，1 字節(jié)）
和功能特定數(shù)據(jù)（功能數(shù)據(jù)，可變字節(jié)數(shù)）

響應 PDU，包括：

請求對應的功能碼（Function Code，1字節(jié)）
和響應特定數(shù)據(jù)（響應數(shù)據(jù)，可變字節(jié)數(shù)）

異常響應 PDU，包括：

請求對應的功能碼+0x80（128），（錯誤碼，1字節(jié)）
以及指定異常的代碼（異常代碼，1 字節(jié)）

2.1、Modbus功能

每個功能都分配了一個特定的功能代碼。它們的范圍是 1-127（十進制），因為129（即 1+128）- 255（即 127+128）代表錯誤代碼的范圍。

功能碼是協(xié)議的一部分，功能碼就分為以下三類，一個是協(xié)議里規(guī)定好的功能，用戶也可以自定義功能

Public

保證是唯一的，并指定公開記錄的明確定義的功能。這些由社區(qū)驗證并且存在一致性測試。

讀離散輸入
讀寫線圈
讀輸入寄存器
讀寫保持寄存器

User-Defined

可用于用戶定義的函數(shù)，因此它們的代碼可能不是唯一的。該規(guī)范為用戶定義的函數(shù)定義了代碼范圍 65-72 和 100-110。

保留

這些目前被一些公司用于遺留產(chǎn)品，不能公開使用

函數(shù)的文檔包括：

函數(shù)的描述（即它的用途）、它的參數(shù)和返回值（包括可能的異常）。
分配的功能代碼
請求 PDU
響應 PDU
異常響應PDU

2.2、Modbus數(shù)據(jù)模型

Modbus的功能就是基于這些數(shù)據(jù)模型實現(xiàn)的

離散輸入

·類型

一位

·使用權

只讀

·視覺的

離散輸出（線圈）

·類型

一位

·使用權

讀寫

·視覺的

輸入寄存器

·類型

16 位字

·使用權

只讀

·視覺的

保持寄存器（Register）

·類型

16 位字

·使用權

讀寫

·視覺的

3、Modbus實現(xiàn)

3.1、串行Modbus實現(xiàn)

Modbus 以異步串行網(wǎng)絡通信的實現(xiàn)形式開始了它的生命。應用層協(xié)議直接在串行接口和串行通信標準之上運行。最常見的（通過電線）是：

RS232 (EIA232) ：

參見RS232 @ 維基百科

RS422：

請參閱EIA422 @ 維基百科

RS485：

參見EIA 485 @ 維基百科**

RS232用于短距離點對點通信，EIA422同樣適用，它是RS232在工業(yè)環(huán)境下的雙向擴展，也支持更遠的距離。

EIA485 可用于多點通信（即多個設備連接到同一條信號電纜），采用主從模式（一個主站和 n 個固定地址從站）。

圖 4 顯示了可能的網(wǎng)絡設置。

為了啟用此設置的實際通信，該實現(xiàn)使用附加字段擴展了 PDU，更好的說法是，它將 PDU 包裝到一個帶有標頭和錯誤校驗和的包中（參見圖 5）。結果包由協(xié)議規(guī)范定義為應用程序數(shù)據(jù)單元 (ADU)，其最大包大小為 256 字節(jié)。

筆記

256 字節(jié)的最大包大小限制適用于所有現(xiàn)有的 Modbus 協(xié)議實現(xiàn)（傳統(tǒng)）！

頭部由地址字段（1 個字節(jié)）組成，尾部是整個包的錯誤校驗和，包括地址字段（即頭部）。為了傳輸，Modbus 消息（即 ADU）被放入一個具有已知開始和結束點的幀中，從而允許檢測消息的開始和結束，從而檢測部分消息。存在兩種傳輸模式，它們的編碼、成幀和校驗和有所不同：

1、ASCII碼

幀被編碼為每個字節(jié)兩個 ASCII 字符，代表字節(jié)的十六進制表示法（即字符 0-9、A-F）。錯誤校驗和由縱向冗余校驗（LRC；1 字節(jié)）表示，消息以冒號（':'，0x3A）開頭，以回車符-換行符（“CRLF”，0x0D0A）結束。字符之間可能會出現(xiàn) 1 秒的停頓。

2、RTU

幀以二進制傳輸以實現(xiàn)更高的密度。錯誤校驗和由循環(huán)冗余校驗（16 位 CRC；2 字節(jié)）表示，消息以至少 3.5 個字符時間的靜默間隔開始和結束。這最容易實現(xiàn)為網(wǎng)絡上正在使用的波特率的字符時間的倍數(shù)。兩個字節(jié)之間可能發(fā)生的最大暫停為 1.5 個字符時間。

jamod 旨在支持兩種傳輸模式，使用基于 javax.comm API 的實現(xiàn)。

警告

RTU 實現(xiàn)僅支持 Master 端。它按照最大努力原則工作，這意味著它可能無法在低延遲實時環(huán)境中以可靠的方式工作。

確實可以實現(xiàn)基于其他串行堆棧實現(xiàn)（即 Java Comm API 實現(xiàn)的替代品）的串行傳輸，例如SerialPort ( www.sc-systems.com/products/se… ) . 根據(jù)產(chǎn)品信息，它支持大約20個平臺，并已成功用于在Java中實現(xiàn)兩種串行傳輸模式（僅限Master，參見Field Talk/Java，F(xiàn)ocus Engineering的商業(yè)Master協(xié)議包）。