（一）Modbus通讯协议简介

一、简介

 　　Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司于1979年为使用可编程逻辑控制器PLC通信而发表。Modbus是工业领域通信协议的业界标准，是工业电子设备之间常用的连接方式。Modbus在工业控制领域通信协议中被广泛使用基于以下几个特点：

1. 公开发表并且无版权要求；
2. 易于部署和维护；
3. 对供应商来说，修改移动本地的比特或字节没有很多限制。

二、Modbus通讯方式

1. 以太网上的 TCP/IP ；
   
2. 各种媒体（有线：EIA/TIA-232-E、EIA-422、EIA/TIA-485-A ；光纤、无线等）上的异步串行传输；Modbus RTU和Modbus ASCII通讯既是采用该方式；
3. Modbus Plus，一种高速令牌传递网络。

三、协议描述

　　Modbus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。它描述了一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。 　　

　　通过此协议，控制器相互之间、或控制器经由网络（如以太网）可以和其它设备之间进行通信。Modbus协议使用的是主从通讯技术，即由主设备主动查询和操作从设备。一般将主控设备方所使用的协议称为Modbus Master，从设备方使用的协议称为Modbus Slave。典型的主设备包括工控机和工业控制器等；典型的从设备如PLC可编程控制器等。Modbus通讯物理接口可以选用串口（包括RS232、RS485和RS422），也可以选择以太网口。其通信遵循以下的过程：

1. 主设备（客户机）向从设备（服务器）发送请求；
2. 从设备（服务器）分析并处理主设备（客户机）的请求，然后向主设备（客户机）发送结果；
3. 如果出现任何差错，从设备（服务器）将返回一个异常功能码 。

　　当在一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。

　　Modbus的工作方式是请求/应答，每次通讯都是主站先发送指令，可以是广播，或是向特定从站单播，从站响应指令，并按要求应答，或者报告异常；当主站不发送请求时，从站不会自己发出数据，从站和从站之间不能直接通讯。

　　Modbus协议能够应用在不同类型的总线或者网络。对应不同的总线或网络，Modbus协议引入一些附加域映射成应用数据单元（ADU），即ADU = 附加域 + PDU。例如：

• RS232 / RS485 ADU = 253 字节+服务器地址(1 byte) + CRC (2 字节) = 256 字节 ；
• TCP MODBUS ADU = 249 字节+ MBAP (7 字节) = 256 字节 。
  

四、数据编码

　　MODBUS 使用一个‘big-Endian’ 表示地址和数据项。这意味着当发射多个字节时，首先发送最高有效位。 例如：

Register size : 16 - bits

value: 0x1234

the first byte sent is : 0x12

then: 0x34

五、数据模型

　　MODBUS 以一系列具有不同特征表格上的数据模型为基础。四个基本表格为：

六、功能码

　　有三类Modbus功能码。分别是：

　　1.公共功能码：

• 是较好地被定义的功能码 ；
  
• 保证是唯一的；
  
• MODBUS 组织可改变的 ；
  
• 公开证明的 ；
  
• 具有可用的一致性测试 ；
  
• MB IETF RFC 中证明的 ；
  
• 包含已被定义的公共指配功能码和未来使用的未指配保留供功能码 。

　　2.用户定义功能码：

• 有两个用户定义功能码的定义范围，即 65 至 72 和十进制 100 至 110 ；
  
• 用户没有 MODBUS 组织的任何批准就可以选择和实现一个功能码 ；
  
• 不能保证被选功能码的使用是唯一的 ；
  
• 如果用户要重新设置功能作为一个公共功能码，那么用户必须启动 RFC，以便将改变引入公共分类中，并且指配一个新的公共功能码 。
  

　　3.保留功能码：

• 一些公司对传统产品通常使用的功能码，并且对公共使用是无效的功能码 。
  

　　4.公共功能码定义如下表所示：