工業(yè)控制已從單機(jī)控制走向集中監(jiān)控、集散控制，如今已進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，工業(yè)控制器連網(wǎng)也為網(wǎng)絡(luò)管理提供了方便。Modbus就是工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的一種。

丨Modbus通信協(xié)議簡(jiǎn)介

Modbus協(xié)議，首先從字面理解它包括Mod和Bus兩部分，首先它是一種bus，即總線協(xié)議，和I2C、SPI類似，總線就意味著有主機(jī)，有從機(jī)，這些設(shè)備在同一條總線上。

Modbus支持單主機(jī)，多個(gè)從機(jī)，最多支持247個(gè)從機(jī)設(shè)備。關(guān)于Mod，因?yàn)檫@種協(xié)議最早被用在PLC控制器中，準(zhǔn)確的說(shuō)是Modicon公司的PLC控制器，這也是Mod-Bus名稱的由來(lái)。

后來(lái)Modicon被施耐德(Schneider)收購(gòu)，Modbus協(xié)議廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制器、HMI和傳感器上，逐漸被其他廠商所接受，成為了一種主流的通訊協(xié)議，用于和外圍設(shè)備進(jìn)行通訊。

Modbus在7層OSI參考模型中屬于第七層應(yīng)用層，數(shù)據(jù)鏈路層有兩種：基于標(biāo)準(zhǔn)串口協(xié)議和TCP協(xié)議，物理層可使用3線232、2線485、4線422，或光纖、網(wǎng)線、無(wú)線等多種傳輸介質(zhì)。

Modbus協(xié)議是一種請(qǐng)求/應(yīng)答方式的交互過(guò)程，主機(jī)主動(dòng)發(fā)起通訊請(qǐng)求，從機(jī)響應(yīng)主機(jī)的請(qǐng)求，從機(jī)在沒(méi)有收到主機(jī)的請(qǐng)求時(shí)，不會(huì)主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，從機(jī)之間不會(huì)進(jìn)行通訊。

目前關(guān)于Modbus比較權(quán)威的官方標(biāo)準(zhǔn)文檔有兩個(gè)：

1.modbus_application_protocol_specification_v1.1b3.pdf

2.基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范GB-T19582.1-2008.pdf

*大部分的書(shū)籍和網(wǎng)絡(luò)資料都是翻譯自這兩篇文檔，文末獲取標(biāo)準(zhǔn)文檔下載方法。

丨Modbus 通信協(xié)議特點(diǎn)

(1)標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放，用戶可以免費(fèi)、放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費(fèi)，也不會(huì)侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

(2)Modbus可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無(wú)線等。

(3)Modbus的幀格式簡(jiǎn)單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單。

丨Modbus4種數(shù)據(jù)類型

Modbus協(xié)議規(guī)定，進(jìn)行讀寫(xiě)操作的數(shù)據(jù)類型，按照讀寫(xiě)屬性和類型可分為以下4種：

1.離散量輸入(Discretes Input )：1位，只讀

2.線圈(Coils)：1位，讀寫(xiě)

3.輸入寄存器(Input Registers )：16位，只讀

4.保持寄存器(Holding Registers)：16位，讀寫(xiě)

丨Modbus協(xié)議版本

Modbus協(xié)議目前存在用于串口、以太網(wǎng)以及其他支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)的版本。

大多數(shù)Modbus設(shè)備通信通過(guò)串口EIA-485物理層進(jìn)行。

對(duì)于串行連接，存在兩個(gè)變種，它們?cè)跀?shù)值數(shù)據(jù)表示不同和協(xié)議細(xì)節(jié)上略有不同。Modbus RTU是一種緊湊的，采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)的方式，Modbus ASCII是一種人類可讀的，冗長(zhǎng)的表示方式。這兩個(gè)變種都使用串行通信(serial communication)方式。RTU格式后續(xù)的命令/數(shù)據(jù)帶有循環(huán)冗余校驗(yàn)的校驗(yàn)和，而ASCII格式采用縱向冗余校驗(yàn)的校驗(yàn)和。被配置為RTU變種的節(jié)點(diǎn)不會(huì)和設(shè)置為ASCII變種的節(jié)點(diǎn)通信，反之亦然。

對(duì)于通過(guò)TCP/IP(例如以太網(wǎng))的連接，存在多個(gè)Modbus/TCP變種，這種方式不需要校驗(yàn)和計(jì)算。

對(duì)于所有的這三種通信協(xié)議在數(shù)據(jù)模型和功能調(diào)用上都是相同的，只有封裝方式是不同的。

Modbus有一個(gè)擴(kuò)展版本ModbusPlus(Modbus+或者M(jìn)B+)，不過(guò)此協(xié)議是Modicon專有的，和Modbus不同。它需要一個(gè)專門(mén)的協(xié)處理器來(lái)處理類似HDLC的高速令牌旋轉(zhuǎn)。它使用1Mbit/s的雙絞線，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有轉(zhuǎn)換隔離裝置，是一種采用轉(zhuǎn)換/邊緣觸發(fā)而不是電壓/水平觸發(fā)的裝置。連接Modbus Plus到計(jì)算機(jī)需要特別的接口，通常是支持ISA(SA85)，PCI或者PMCIA總線的板卡。

所以當(dāng)我們提及Modbus協(xié)議時(shí)，要確定是哪種模式，不同的模式之間區(qū)別還是很大的。

丨Modbus數(shù)據(jù)幀格式

首先我們要知道一幀正常的MODBUS數(shù)據(jù)幀包含的內(nèi)容有：地址域 + 功能碼 + 數(shù)據(jù) + 差錯(cuò)校驗(yàn)，再者無(wú)論是上述哪種協(xié)議版本，Modbus幀格式都是一樣的：

主要包括：

1.地址域：即主站要訪問(wèn)的從站地址，其范圍0~247

2.功能碼：即主站想要對(duì)從站進(jìn)行何種操作。

3.數(shù)據(jù)：如果主站的請(qǐng)求是讀數(shù)據(jù)，那么該“數(shù)據(jù)”要包含的信息有：從哪里開(kāi)始讀數(shù)據(jù) + 讀多少數(shù)據(jù)。如果主站的請(qǐng)求是向從站寫(xiě)數(shù)據(jù)，那么該“數(shù)據(jù)”要包含的信息有：從哪里開(kāi)始寫(xiě)數(shù)據(jù) + 寫(xiě)多少個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù) + 要寫(xiě)的具體數(shù)據(jù)。

4.差錯(cuò)校驗(yàn)：為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，Modbus協(xié)議會(huì)在數(shù)據(jù)幀最后面加上兩個(gè)字節(jié)的差錯(cuò)校驗(yàn)。

丨Modbus功能碼

Modbus功能碼，是寫(xiě)在主機(jī)請(qǐng)求數(shù)據(jù)幀中的，決定主機(jī)進(jìn)行讀還是寫(xiě)操作，是讀線圈、離散量還是寄存器，是寫(xiě)單個(gè)寄存器還是多個(gè)寄存器等等，決定主機(jī)請(qǐng)求什么類型的數(shù)據(jù)。

主要包括3類功能碼：公共功能碼、用戶定義功能碼和保留功能碼

1.公共功能碼

·是較好地被定義的功能碼

·保證是唯一的

·MODBUS 組織可改變的

·公開(kāi)證明的

·具有可用的一致性測(cè)試

·MB IETF RFC 中證明的

·包含已被定義的公共指配功能碼和未來(lái)使用的未指配保留供功能碼

2.用戶定義功能碼

·有兩個(gè)用戶定義功能碼的定義范圍， 即65至72和十進(jìn)制100至110

·用戶沒(méi)有 MODBUS 組織的任何批準(zhǔn)就可以選擇和實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能碼

·不能保證被選功能碼的使用是唯一的

·如果用戶要重新設(shè)置功能作為一個(gè)公共功能碼，那么用戶必須啟動(dòng) RFC，以便將改變引入公共分類中，并且指配一個(gè)新的公共功能碼。

3.保留功能碼

·一些公司對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品通常使用并且對(duì)公共使用是無(wú)效的功能碼。

實(shí)際最常用的是公共功能碼中的4個(gè)功能碼：03/04/06/10

0x03：讀多個(gè)保持寄存器

0x04：讀輸入寄存器

0x06：寫(xiě)單個(gè)保持寄存器

0x10：寫(xiě)多個(gè)保持寄存器

因?yàn)镻LC主要控制的是繼電器觸點(diǎn)，所以在PLC上還會(huì)經(jīng)常對(duì)線圈(Coils)進(jìn)行讀寫(xiě)。這里需要特別注意的一點(diǎn)是：寫(xiě)保持寄存器，需要區(qū)分0x06寫(xiě)單個(gè)寄存器和0x10寫(xiě)多個(gè)寄存器，而讀保持寄存器不區(qū)分讀單個(gè)和讀多個(gè)，當(dāng)需要讀單個(gè)保持寄存器時(shí)，也是使用0x03指令，指定讀取數(shù)量為1。

以上就是關(guān)于Modbus協(xié)議的一些基礎(chǔ)知識(shí)，如果您想要獲取*Modbus權(quán)威的官方標(biāo)準(zhǔn)文檔，可關(guān)注微信公眾號(hào)【恩智測(cè)控NGI】，并在后臺(tái)發(fā)送“Modbus協(xié)議”即可。

審核編輯：湯梓紅