modbus协议中文详解

### Modbus协议中文详解 #### 一、引言 Modbus协议作为一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议，自1979年由Modicon公司提出以来，已经成为了自动化领域内的事实标准。该协议主要运行于OSI七层模型的应用层，旨在为不同类型总线或网络上的设备提供客户机/服务器模式下的通信服务。 #### 二、Modbus协议概述 1. **协议特点**： - **应用层协议**：Modbus属于应用层协议，它定义了数据如何在不同设备间传输的规则。 - **请求/应答机制**：Modbus通信基于请求/应答机制，即客户端发起请求，服务器端根据请求内容进行相应操作后返回结果。 - **功能码**：Modbus协议中定义了一系列的功能码，用于指示服务器执行特定的操作。 2. **协议应用**： - **以太网上的TCP/IP**：支持基于以太网的Modbus/TCP协议。 - **异步串行传输**：支持EIA/TIA-232-E、EIA-422、EIA/TIA-485-A等接口标准。 - **ModbusPlus**：一种高速令牌环网络，用于实现更高速度的数据传输。 3. **通信栈结构**： - **物理层**：如EIA/TIA-232或EIA/TIA-485等物理接口标准。 - **应用层**：Modbus协议位于最上层，负责定义应用数据单元(ADU)和协议数据单元(PDU)。 - **传输层**：在基于TCP的Modbus通信中，使用TCP/IP协议栈。 #### 三、协议数据单元(PDU) - **PDU组成**：PDU由地址域、功能码、数据域及差错校验域组成。 - **地址域**：标识目标设备的地址。 - **功能码**：定义了Modbus事务处理的具体操作类型，例如读取寄存器、写入寄存器等。 - **数据域**：包含实际要传输的数据。 - **差错校验**：用于检测数据传输过程中的错误。 #### 四、功能码介绍 1. **基本功能码**：Modbus定义了一组常用功能码，用于常见的读写操作。 - **读取线圈状态**(0x01)：读取一系列连续线圈的状态。 - **读取输入状态**(0x02)：读取一系列连续输入继电器的状态。 - **读取保持寄存器**(0x03)：读取一系列连续保持寄存器的值。 - **读取输入寄存器**(0x04)：读取一系列连续输入寄存器的值。 - **写单个线圈**(0x05)：改变单个线圈的状态。 - **写单个寄存器**(0x06)：修改单个保持寄存器的值。 - **写多个线圈**(0x0F)：同时改变多个线圈的状态。 - **写多个寄存器**(0x10)：同时修改多个保持寄存器的值。 2. **异常响应**：当服务器接收到无法完成的请求时，会返回一个异常响应，异常响应中的功能码为原功能码加上128(即设置最高位为1)。 #### 五、通信流程 1. **请求流程**： - 客户端发送请求到服务器。 - 请求中包含地址、功能码及必要的数据。 - 服务器根据功能码执行相应的操作。 - 如果没有错误，则返回包含操作结果的响应。 2. **响应流程**： - 正常响应包含请求的数据。 - 异常响应则包含一个错误码，表示发生的问题类型。 #### 六、Modbus协议的应用场景 - **工业自动化**：在工厂自动化系统中，Modbus被广泛用于连接PLC、HMI和其他控制设备。 - **楼宇自动化**：在智能楼宇管理系统中，Modbus用于连接各种传感器和执行器。 - **能源管理**：在电力系统监控中，Modbus用于收集现场设备的数据。 #### 七、总结 Modbus作为一种开放的标准通信协议，其简单易用的特点使得它在工业自动化领域有着极其广泛的应用。无论是传统的串行通信还是现代的以太网通信，Modbus都能够很好地适应并发挥其作用。通过对Modbus协议的理解，工程师和技术人员可以更好地利用这一工具来构建稳定可靠的自动化系统。