Modbus协议简介
Modbus协议简介
由于最近要参加一个通信相关的项目，涉及到Modbus协议，因此在这里做以下整理和总结。
Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司（现为施耐德电气公司的一个品牌）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表的。Modbus已经成为工业领域通信协议事实上的业界标准，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。
【协议版本】
Modbus协议当前存在用于串口、以太网以及其他支持互联网网络的版本。
大多数Modbus设备通信通过串口 EIA-485 物理层进行，也就是我们经常说到的RS485。
对于串行连接，存在两个变种，它们在数值数据表示和协议细节上略有不同。
| 串行连接 | 数值数据表示 | 协议细节 |
|---|---|---|
| Modbus RTU | 紧凑的，采用二进制表示数据的方式 | TU格式后续的命令／数据带有循环冗余校验的校验和 |
| Modbus ASCII | 人类可读的，冗长的表示方式 | ASCII格式采用纵向冗余校验的校验和 |
<注> 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计算。
Modbus有一个扩展版本Modbus Plus（Modbus+或者MB+），不过此协议是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设备，是一种采用转换／边缘触发而不是电压／水平触发的设备。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。
【通信和设备】
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引导指令）。
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运行，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。
Modbus之所以被如此广泛的使用主要原因有：
（1）标准、开放，用户可以免费、放心地使用Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。目前，支持Modbus的厂家超过400家，支持Modbus的产品超过600种。
（2）Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。
（3）Modbus的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单。
Modbus允许多个 (大约240个) 设备连接在同一个网络上进行通信，比如现场的温度、压力、载荷一类的传感器可以非常方便的通过Modbus将数据传输到工业控制计算机上，实现对现场各个参数的监控。
【工作原理】
在串行链路的主从通信中，Modbus主设备可以连接一个或N（最大为247）个从设备，主从设备之间的通信包括单播模式和广播模式。
在广播模式中，Modbus主设备可同时向多个从设备发送请求（设备地址0用于广播模式），从设备对广播请求不进行响应。
在单播模式中，主设备发送请求至某个特定的从设备（每个Modbus从设备具有唯一地址），请求的消息帧中会包含功能代码和数据，比如功能代码“01”用来读取离散量线圈的状态。从设备接到请求后，进行应答并把消息反馈主设备。
下图是典型的主从设备的请求-应答机制：
在主从设备的通信中，可以使用ASCII模式或者RTU模式。
在ASCII（American Standard Code for Information Interchange）传输模式下，消息帧以英文冒号（“:”）开始，以回车和换号（CRLF）符号结束，允许的传输的字符集为十六进制的0~9和A~F；网络中的从设备监视传输通路上是否有英文冒号（“:”），如果有的话，就对消息帧进行解码，查看消息中的地址是否与自己的地址相同，如果相同的话，就接收其中的数据；如果不同的话，则不予理会。
在ASCII模式下，每个8位的字节被拆分成两个ASCII字符进行发送，比如十六进制数0xAF ,会被分解成ASCII字符“A”和“F”进行发送，发送的字符量比RTU增加一倍。ASCII模式的好处是允许两个字符之间间隔的时间长达1s而不引发通信故障，该模式采用纵向冗余校验（Longitudinal Redundancy Check ，LRC） 的方法来检验错误。下面是对ASCII模式的总结：
| Modbus协议ASCII模式传输 | |
|---|---|
| 项目 | 描述 |
| 字符集 | 16进制ASCII可打印字符0~9及A~F |
| 每个16进制字符被拆分成2个字节发送 | |
| 每个字节 | 1个起始位 |
| 7个数据位，LSB发送模式 | |
| 1个奇偶校验位，不校验则不占用 | |
| 1个停止位（如果开启校验位）；或者2个停止位（如果没有校验） | |
| 校验方式 | 纵向冗余校验（Longitudinal Redundancy Check,LRC） |
注：ASCII模式用10位的时间来传输8位数据
在RTU（Remote Terminal Unit）模式下，每个字节可以传输两个十六进制字符，比如十六进制数0xAF，直接以十六进制0xAF（二进制：10101111）进行发送，因此它的发送密度比ASCII模式高一倍；RTU模式采用循环冗余校验（CRC），下面是对RTU模式的总结：
| Modbus协议RTU模式传输 | |
|---|---|
| 项目 | 描述 |
| 字符集 | 16进制ASCII可打印字符0~9及A~F |
| 每个16进制字符用一个字节内发送 | |
| 每个字节 | 1个起始位 |
| 8个数据位，LSB发送模式 | |
| 1个奇偶校验位，不校验则不占用 | |
| 1个停止位（如果开启校验位）；或者2个停止位（如果没有校验） | |
| 校验方式 | 循环冗余校验（Cyclical Redundancy Check，CRC） |
注：RTU模式用11位的时间来传输8位数据
【限制】
- Modbus是在1970年末为可编程逻辑控制器通信开发的，这些有限的数据类型在那个时代是可以被PLC理解的，大型二进制对象数据是不支持的。
- 对节点而言，没有一个标准的方法找到数据对象的描述信息。
- 由于Modbus是一个主／从协议，没有办法要求设备“报告异常”（构建在以太网的TCP/IP协议之上，被称为open-mbus除外）- 主节点必须循环的询问每个节点设备，并查找数据中的变化。在带宽可能比较宝贵的应用中，这种方式在应用中消耗带宽和网络时间，例如在低速率的无线链路上。
- Modbus在一个数据链路上只能处理247个地址，这种情况限制了可以连接到主控站点的设备数量（以太网TCP/IP除外）。
- Modbus传输在远端通讯设备之间缓冲数据的方式进行，有对通信一定是连续的限制，避免了传输中的缓冲区漏洞的问题。
- Modbus协议针对未经授权的命令或截取数据并无安全性。
【功能码】
| 功能码 | 名称 | 作用 |
|---|---|---|
| 01 | 读取线圈状态 | 取得一组逻辑线圈的当前状态（ON/OFF) |
| 02 | 读取输入状态 | 取得一组开关输入的当前状态（ON/OFF) |
| 03 | 读取保持寄存器 | 在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值 |
| 04 | 读取输入寄存器 | 在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制值 |
| 05 | 强置单线圈 | 强置一个逻辑线圈的通断状态 |
| 06 | 预置单寄存器 | 把具体二进值装入一个保持寄存器 |
| 07 | 读取异常状态 | 取得8个内部线圈的通断状态，这8个线圈的地址由控制器决定，用户逻辑可以将这些线圈定义，以说明从机状态，短报文适宜于迅速读取状态 |
| 08 | 回送诊断校验 | 把诊断校验报文送从机，以对通信处理进行评鉴 |
| 09 | 编程（只用于484） | 使主机模拟编程器作用，修改PC从机逻辑 |
| 10 | 控询（只用于484） | 可使主机与一台正在执行长程序任务从机通信，探询该从机是否已完成其操作任务，仅在含有功能码9的报文发送后，本功能码才发送 |
| 11 | 读取事件计数 | 可使主机发出单询问，并随即判定操作是否成功，尤其是该命令或其他应答产生通信错误时 |
| 12 | 读取通信事件记录 | 可以是主机检索每台从机的ModBus事务处理通信事件记录。如果某项事务处理完成，记录会给出有关错误 |
| 13 | 编程（184/384 484 584） | 可使主机模拟编程器功能修改PC从机逻辑 |
| 14 | 探询（184/384 484 584） | 可使主机与正在执行任务的从机通信，定期控询该从机是否已完成其程序操作，仅在含有功能13的报文发送后，本功能码才可发送 |
| 15 | 强置多线圈 | 强置一串连续逻辑线圈的通断 |
| 16 | 预置多寄存器 | 把具体的二进制值装入一串连续的保持寄存器 |
| 17 | 报告从机标识 | 可使主机判断编址从机的类型及该从机运行指示灯的状态 |
| 18 | （884和MICRO 84） | 可使主机模拟编程功能，修改PC状态逻辑 |
| 19 | 重置通信链路 | 发生非可修改错误后，是从机复位于已知状态，可重置顺序字节 |
| 20 | 读取通用参数（584L） | 显示扩展存储器文件中的数据信息 |
| 21 | 写入通用参数（584L） | 把通用参数写入扩展存储文件，或修改之 |
| 22 ~ 64 | 保留作扩展功能备用 | |
| 65 ~ 72 | 保留以备用户功能所用 | 留作用户功能的扩展编码 |
| 73 ~119 | 非法功能 | |
| 120 ~ 127 | 保留 | 留作内部作用 |
| 128 ~ 255 | 保留 | 用于异常应答 |
参考链接1：https://zh.wikipedia.org/wiki/Modbus
参考链接2：https://wxs.me/807
参考链接3：https://zhuanlan.zhihu.com/p/29288329
Modbus协议深入讲解：http://www.ni.com/zh-cn/innovations/white-papers/14/the-modbus-protocol-in-depth.html
Modbus协议简介相关推荐
- Modbus 协议简介
一.Modbus 协议简介 Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言.通过此协议,控制器相互之间.控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信.它已经成为一通用工业标准.有了它 ...
- Modbus通讯协议简介
Modbus协议简介 Modbus协议最初由Modicon公司开发出来,此协议支持传统的RS-232.RS-422.RS-485和以太网设备,许多工业设备,包括PLC,DCS,智能仪表等都在使用Mod ...
- 【Modbus 】Modbus 协议
Modbus 协议简介 Modbus协议是一项应用层报文传输协议,包括ASCII.RTU.TCP三种报文类型. 标准的Modbus协议物理层接口有RS232.RS422.RS485和以太网接口,采用m ...
- STM32 —— Modbus 协议
STM32 -- Modbus 协议 Modbus 协议简介 Modbus 是一种串行通信协议,由于其协议简单易用,且没有版权要求,目前已经成为工业领域通信协议的实时标准.ModBus 协议是又施耐德 ...
- ModBus串口【01】Modbus协议介绍
Modbus协议简介 文章目录 Modbus协议简介 1.啥是Modbus协议? 2.Modbus模型 3.Modbus协议版本 4.Modbus通信 5.Modbus不同存储区介绍: 6.Modbu ...
- modbus协议教程
1.modbus协议简介 modbus是工业现场总线通信协议中应用较为成熟稳定的协议.理解起来也比较简单.modbus数据传输采用大端模式 1.1功能码简要说明 modbus定义了不同的功能码来操作不 ...
- Modbus协议学习
Modbus协议简介 Modbus 就是为了实现多个设备相互通信的应用层协议. 在市面上很多数据采集设备都会采用Modbus协议. 主要包括三种报文: ModbusRtu,ModebusAscii , ...
- Modbus协议在串行链路上的实现
目录 1.串行链路通信简介 2.串行链路通信协议原理 3.串行链路通信帧描述 4.RTU.ASCII串行传输模式 4.1.RTU传输模式 4.2.ASCII传输模式 1.串行链路通信简介 Modbus ...
- 一文看懂Modbus协议
目录 1.协议简介 2.协议格式 3.数据模型 1.协议简介 自从 1979 年出现工业串行链路的事实标准以来,Modbus使成千上万的自动化设备能够通信.Modbus 是OSI模型第 7 层上的应用 ...
最新文章
- 我认识Linux的小羞愧历史
- Mysql INSERT INTO .. ON DUPLICATE KEY更新多行记录
- 【错误记录】Android 应用运行报错 ( java.lang.VerifyError: Verifier rejected class androidx. | 逆向中遇到的问题 )
- 1021 个位数统计 （15 分
- 第二十一届国际C语言混乱代码大赛结果公布
- BNUOJ 1207 滑雪
- python基础入门（1）
- 在线XML转HTML工具
- ADB server didn't ACK问题
- Django 【第一篇】基础
- css如何调用函数,从CSS调用JavaScript函数
- word多级标题的使用
- php三级分销思路 数据库设计_三级分销，
- 【Maven打包报错解决方案】Using ‘UTF-8‘ encoding to copy filtered resources.
- bind9 dlz mysql_bind9+dlz+mysql连接断开问题
- 学到微笑之 - 自定义 MVC 框架
- matlab模糊优选理论模型,模糊优选神经网络BP模型
- 计算机一级更换桌面,2018自动替换壁纸工具
- CSS-Less简介
- 微步星辰的逆袭，专访微步星辰合伙人齐成岳