工业modbus协议解析和转换

1 什么是Modbus协议？
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，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。
此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。
当在Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。

2 通信方式
Modbus设备可分为主站(poll)和从站(slave)。主站只有一个，从站有多个，主站向各从站发送请求帧，从站给予响应。在使用TCP通信时，主站为client端，主动建立连接；从站为server端，等待连接。
• 主站请求：功能码+数据
• 从站正常响应：请求功能码+响应数据
• 从站异常响应：异常功能码+异常码，其中异常功能码即将请求功能码的最高有效位置1，异常码指示差错类型

3 数据读写
3.1 主机对从机写数据操作

如果单片机接收到一个报文那么就对报文进行解析执行相应的处理，如上面报文：
01 06 00 01 00 17 98 04
从机地址功能号数据地址数据 CRC校验

假如本机地址是 1 ，那么单片机接收到这串数据根据数据计算CRC校验判断数据是否正确，如果判断数据无误，则结果是：
HoldDataReg[1] = 0x0017;
MODBUS主机就完成了一次对从机数据的写操作，实现了通讯。

3.2 主机对从机读数据操作

主机进行读HoldDataReg[1] 操作，则报文是：
01 03 00 01 00 01 D5 CA
从机地址功能号数据地址读取数据个数 CRC校验
那么单片机接收到这串数据根据数据计算CRC校验判断数据是否正确，如果判断数据无误，则结果是：返回信息给主机，返回的信息也是有格式的：
返回内容：
01 03 02 0017 F8 4A
从机地址功能号数据字节个数两个字节数据 CRC校验
MODBUS主机就完成了一次对从机数据的读操作，实现了通讯。

4 MODBUS事务处理

下列状态图描述了在服务器侧MODBUS事务处理的一般处理过程。

5 MODBUS-RTU功能码

最常用功能码：

下面“线圈”“寄存器”其实分别指的就是“位变量”“16位变量”
01 (0x01) 读线圈
02 (0x02) 读离散量输入
03 (0x03) 读保持寄存器
04(0x04) 读输入寄存器
05 (0x05) 写单个线圈
06 (0x06) 写单个寄存器
15 (0x0F) 写多个线圈
16 (0x10) 写多个寄存器

6 ASCII模式与RTU模式
6.1 ASCII模式

当控制器设为在Modbus网络上以ASCII（美国标准信息交换代码）模式通信，在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。

6.1.1 代码系统
十六进制，ASCII字符0…9，A…F
消息中的每个ASCII字符都是一个十六进制字符组成
6.1.2 每个字节的位
1个起始位
7个数据位，最小的有效位先发送
1个奇偶校验位，无校验则无
1个停止位（有校验时），2个Bit（无校验时）
6.1.3 错误检测域
LRC(纵向冗长检测)

6.2 RTU模式

当控制器设为在Modbus网络上以RTU（远程终端单元）模式通信，在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。
6.2.1 代码系统
8位二进制，十六进制数0…9，A…F
消息中的每个8位域都是一个两个十六进制字符组成
6.2.2 每个字节的位
1个起始位
8个数据位，最小的有效位先发送
1个奇偶校验位，无校验则无
1个停止位（有校验时），2个Bit（无校验时）
6.2.3 错误检测域
CRC(循环冗长检测)

7 ModbusTCP
TCP端口号为502

7.1 ModbusTCP通信过程

1.connect 建立TCP连接
2.准备modbus报文
3.使用send命令发送报文
4.在同一连接下等待应答
5.使用recv命令读取报文，完成一次数据交换
6.通信任务结束时，关闭TCP连接

8 modbus与其他协议
在实际应用中，许多scada系统，中心平台等不支持modbus接入。或者多个modbus协议接入很麻烦。则需要通过vfbox协议转换网关进行转换。比如modbus设备接plc，则两者之间协议不匹配，则需要用网关进行转换。

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