工業(yè)控制已從單機控制走向集中監(jiān)控、集散控制，如今已進入網(wǎng)絡時代，工業(yè)控制器連網(wǎng)也為網(wǎng)絡管理提供了方便。Modbus就是工業(yè)控制器的網(wǎng)絡協(xié)議中的一種。

丨Modbus通信協(xié)議簡介

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，有從機，這些設備在同一條總線上。

Modbus支持單主機，多個從機，最多支持247個從機設備。關于Mod，因為這種協(xié)議最早被用在PLC控制器中，準確的說是Modicon公司的PLC控制器，這也是Mod-Bus名稱的由來。

后來Modicon被施耐德(Schneider)收購，Modbus協(xié)議廣泛應用在工業(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，用于和外圍設備進行通訊。

Modbus在7層OSI參考模型中屬于第七層應用層，數(shù)據(jù)鏈路層有兩種：基于標準串口協(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、無線等多種傳輸介質。

Modbus協(xié)議是一種請求/應答方式的交互過程，主機主動發(fā)起通訊請求，從機響應主機的請求，從機在沒有收到主機的請求時，不會主動發(fā)送數(shù)據(jù)，從機之間不會進行通訊。

目前關于Modbus比較權威的官方標準文檔有兩個：

1.modbus_application_protocol_specification_v1.1b3.pdf

2.基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡規(guī)范GB-T19582.1-2008.pdf

*大部分的書籍和網(wǎng)絡資料都是翻譯自這兩篇文檔，文末獲取標準文檔下載方法。

丨Modbus 通信協(xié)議特點

(1)標準、開放，用戶可以免費、放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費，也不會侵犯知識產(chǎn)權。

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

(3)Modbus的幀格式簡單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開發(fā)簡單。

丨Modbus4種數(shù)據(jù)類型

Modbus協(xié)議規(guī)定，進行讀寫操作的數(shù)據(jù)類型，按照讀寫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

3.輸入寄存器(Input Registers )：16位，只讀

4.保持寄存器(Holding Registers)：16位，讀寫

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)絡的版本。

大多數(shù)Modbus設備通信通過串口EIA-485物理層進行。

對于串行連接，存在兩個變種，它們在數(shù)值數(shù)據(jù)表示不同和協(xié)議細節(jié)上略有不同。Modbus RTU是一種緊湊的，采用二進制表示數(shù)據(jù)的方式，Modbus ASCII是一種人類可讀的，冗長的表示方式。這兩個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)冗余校驗的校驗和，而ASCII格式采用縱向冗余校驗的校驗和。被配置為RTU變種的節(jié)點不會和設置為ASCII變種的節(jié)點通信，反之亦然。

對于通過TCP/IP(例如以太網(wǎng))的連接，存在多個Modbus/TCP變種，這種方式不需要校驗和計算。

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

Modbus有一個擴展版本ModbusPlus(Modbus+或者MB+)，不過此協(xié)議是Modicon專有的，和Modbus不同。它需要一個專門的協(xié)處理器來處理類似HDLC的高速令牌旋轉。它使用1Mbit/s的雙絞線，并且每個節(jié)點都有轉換隔離裝置，是一種采用轉換/邊緣觸發(fā)而不是電壓/水平觸發(fā)的裝置。連接Modbus Plus到計算機需要特別的接口，通常是支持ISA(SA85)，PCI或者PMCIA總線的板卡。

所以當我們提及Modbus協(xié)議時，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)幀包含的內容有：地址域 + 功能碼 + 數(shù)據(jù) + 差錯校驗，再者無論是上述哪種協(xié)議版本，Modbus幀格式都是一樣的：

主要包括：

1.地址域：即主站要訪問的從站地址，其范圍0~247

2.功能碼：即主站想要對從站進行何種操作。

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

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

丨Modbus功能碼

Modbus功能碼，是寫在主機請求數(shù)據(jù)幀中的，決定主機進行讀還是寫操作，是讀線圈、離散量還是寄存器，是寫單個寄存器還是多個寄存器等等，決定主機請求什么類型的數(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

·公開證明的

·具有可用的一致性測試

·MB IETF RFC 中證明的

·包含已被定義的公共指配功能碼和未來使用的未指配保留供功能碼

2.用戶定義功能碼

·有兩個用戶定義功能碼的定義范圍， 即65至72和十進制100至110

·用戶沒有 MODBUS 組織的任何批準就可以選擇和實現(xiàn)一個功能碼

·不能保證被選功能碼的使用是唯一的

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

3.保留功能碼

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

實際最常用的是公共功能碼中的4個功能碼：03/04/06/10

0x03：讀多個保持寄存器

0x04：讀輸入寄存器

0x06：寫單個保持寄存器

0x10：寫多個保持寄存器

因為PLC主要控制的是繼電器觸點，所以在PLC上還會經(jīng)常對線圈(Coils)進行讀寫。這里需要特別注意的一點是：寫保持寄存器，需要區(qū)分0x06寫單個寄存器和0x10寫多個寄存器，而讀保持寄存器不區(qū)分讀單個和讀多個，當需要讀單個保持寄存器時，也是使用0x03指令，指定讀取數(shù)量為1。

以上就是關于Modbus協(xié)議的一些基礎知識，如果您想要獲取*Modbus權威的官方標準文檔，可關注微信公眾號【恩智測控NGI】，并在后臺發(fā)送“Modbus協(xié)議”即可。

審核編輯：湯梓紅