今日頭條
官方微信
官方抖音
資訊頻道Modbus協議是OSI模型的第七層的應用層通訊協議，定義了不同類型設備間交換信息方式，以及信息的格式。
Modbus的工作方式是請求/應答，每次通訊都是主站先發送指令，可以是廣播，或是向特定從站的單播，從站響應指令，并按要求應答，或者報告異常。當主站不發送請求時，從站不會自己發出數據，從站和從站之間不能直接通訊。
Modbus協議的報文（或幀）的基本格式是：
表頭 + 功能碼 + 數據區 + 校驗碼
功能碼和數據區在不同類型的網絡都是固定不變的，表頭和校驗碼則因網絡底層的實現方式不同而有所區別。表頭包含了從站的地址，功能碼告訴從站要執行何種功能，數據區是具體的信息。
先以串行通訊的Modbus為例（注意Modbus TCP的報文表頭和校驗碼是不一樣的），主站發送了：
09 03 00 04 00 03 XX
主站告訴從站09，我要讀取的地址偏移為4、5、6的Holding Register的數值。其中"03"是讀Holding Register的功能碼，"00 04 00 01"是數據區，"00 04"是寄存器的地址，"00 03"說明要連續讀三個寄存器的值。"XX"代表最后的校驗位，校驗方法是LRC或CRC。
從站收到信息后，就從對應的寄存器找到數值，回復：
09 03 06 02 2B 00 01 00 64 XX
從站回答，該地址偏移為4的寄存器值為02 2B，地址偏移為5的寄存器值為00 01，地址偏移為6的寄存器值為00 64。其中"09 03"是復制了主站發來的地址和功能碼，"06"代表接下來的數據共有6個字節。
如果從站收到了一個錯誤的請求，例如發現要讀的寄存器地址是錯誤的，則回復：
09 83 02 XX
其中"83"是把功能碼"03"的最高位置1，告訴主站發生了異常，"02"是異常碼，說明發生了無效地址的異常。
Modbus的四種數據類型
Coil：大小只有1位，ON或OFF，可讀可寫，既可以是一個輸出量輸出點，也可以是數字量輸入點，有效的地址范圍是1-9999。
Input Status：大小只有1位，ON或OFF，只讀，即數字量輸出點，有效地址范圍是10001-19999。
Input Register：16位的寄存器，只讀，可以用作模擬量或16位打包輸入點，有效地址范圍是30001-39999。
Holding Register：16位的寄存器，可讀可寫，既可以是一個模擬量或16位打包輸入點，也可以是模擬量或16位打包輸出點，有效地址范圍是40001-49999。
在PLC或DCS上用點名標記不同的變量，在Modbus則以數據地址來標記每個點。以上所說的地址都是參考地址，而不是實際的物理地址。上述的地址是在設備中的地址，按照PLC的習慣從1開始遞增，而Modbus報文中是從0開始遞增。例如地址偏移為4、5、6的Holding Register，其實是指參考地址是40005、40006、40007的寄存器。
Modbus TCP、Modbus RTU和Modbus ASCII的區別
對于不同類型的網絡，Modbus的第7層實現是一樣的，區別在于下層的實現方式，常見的有TCP/IP和串行通訊兩種。
Modbus TCP基于以太網和TCP/IP協議，Modbus RTU和Modbus ASCII則是使用異步串行傳輸（通常是RS-232/422/485）。
對于Modbus TCP而言，主站通常稱為Client，從站稱為Server；而對于Modbus RTU和Modbus ASCII來說，主站是Master，從站是Slave。
如圖2所示，串行傳輸的物理層是RS-485或RS-232，數據鏈路層是Modbus的串行傳輸協議；Modbus TCP的1、2、3、4層實現和日常所見的以太網、因特網一樣。Modbus默認采用的TCP端口號是502。
圖3說明了Modbus TCP的改動：
1.取消了校驗位。數據鏈路層上就進行了CRC-32的校驗，TCP/IP是面向連接的可靠性的協議，因此沒必要再加上校驗位。
2.Slave地址換成了Unit Identifier。當網絡里的設備全是使用TCP/IP，這個地址是沒有意義的，因為IP就能進行路由尋址。如果網絡里還有串行通訊的設備，則需要網關來實現Modbus TCP到Modbus RTU或ASCII之間的協議轉換，這時用Unit Identifier來標識網關后面的每個串行通訊設備。
3.Length是指后面的字節總數。實際上數據區的長度是能確定的，有的功能碼就可以確定數據區的長度，有的功能碼雖不能確定數據區長度，但是數據區有字節計數，參見上文舉的從站應答的例子。表頭增加的Length是為了應對有些情況下TCP/IP協議會將應用層的數據拆包傳輸。
4.Transaction Identifier和Protocol Identifier由Client生成，Server的響應將復制這些參數。
RTU和ASCII的區別
RTU模式下，一個字節的數據，傳輸的就是一個字節。ASCII模式下，同樣一個字節數據用了兩個字節來傳輸。
例如，要傳輸數字0x5B，RTU傳輸的是0101 1011（二進制），而ASCII傳輸的是00110101和01000010。可見，ASCII傳輸的速率是RTU的一半。
ASCII模式采用LRC校驗，RTU模式采用16位CRC校驗。
來源：網絡整理
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號