1、三旺Modbus培訓(xùn)深圳市三旺通信技術(shù)有限公司 概 述1Modbus 協(xié)議規(guī)范2Modbus協(xié)議在串行鏈路上的實(shí)現(xiàn)3Modbus協(xié)議在TCP/IP上的實(shí)現(xiàn)4ModbusGate5Modbus測試6Modbus相關(guān)資料7 概 述1Modbus是MODICON公司于1979年開發(fā)的一種通訊協(xié)議，是一種工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。1996年施耐德公司推出了基于以太網(wǎng)TCP/IP的Modbus協(xié)議ModbusTCP。Modbus協(xié)議是一項(xiàng)應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議，包括ASCII、RTU、TCP三種報(bào)文類型，協(xié)議本身并沒有定義物理層，只是定義了控制器能夠認(rèn)識(shí)和使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管他們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。標(biāo)準(zhǔn)

2、的Modbus協(xié)議物理層接口有RS232、RS422、RS485和以太網(wǎng)口。采用Master/Slave（主/從）方式通信。Modbus在2004年成為我國國家標(biāo)準(zhǔn)。Modbus簡介Modbus 協(xié)議規(guī)范2Modbus技術(shù)規(guī)范的關(guān)系Modbus應(yīng)用協(xié)議 Modbus是一種簡單客戶機(jī)/服務(wù)器應(yīng)用協(xié)議客戶機(jī)能夠向服務(wù)器發(fā)送請求。服務(wù)器分析請求，處理請求，向客戶機(jī)發(fā)送應(yīng)答。Modbus協(xié)議定義了一個(gè)與基礎(chǔ)通信層無關(guān)的簡單協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），特定總線或網(wǎng)絡(luò)上的Modbus協(xié)議映射能夠在應(yīng)用數(shù)據(jù)單元（ADU）上引入一些附加域。Modbus幀結(jié)構(gòu)：協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)Modbus事務(wù)處理（無差錯(cuò)）當(dāng)

3、服務(wù)器對客戶機(jī)響應(yīng)時(shí)，它使用功能碼域來指示正常（無差錯(cuò)）響應(yīng)或者出現(xiàn)某種差錯(cuò)（稱為異常響應(yīng)）。對于一個(gè)正常響應(yīng)來說，服務(wù)器僅復(fù)制原始功能碼。Modbus事務(wù)處理（異常響應(yīng)）對于異常響應(yīng)，服務(wù)器將原始功能碼的最高有效位設(shè)置邏輯1后返回。異常碼指示差錯(cuò)類型。Modbus協(xié)議在串行鏈路上的實(shí)現(xiàn)模型主要是在RS485和RS232等物理接口上實(shí)現(xiàn)Modbus協(xié)議。在Modbus鏈路層上客戶機(jī)的功能由主站提供而服務(wù)器的功能由從站實(shí)現(xiàn)。層ISO/OSI 模型7應(yīng)用層Modbus應(yīng)用協(xié)議6表示層空5會(huì)話層空4傳輸層空3網(wǎng)絡(luò)層空2數(shù)據(jù)鏈路層Modbus串行鏈路協(xié)議1物理層EIA/TIA-485 (或 EIA/T

4、IA232)Modbus協(xié)議在串行鏈路上的實(shí)現(xiàn)3Modbus主站-從站協(xié)議原理Modbus串行鏈路協(xié)議是一個(gè)主-從協(xié)議。在同一時(shí)刻，只有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)連接與總線，一個(gè)或多個(gè)子節(jié)點(diǎn)（最大編號(hào)為247）連接于同一串行總線。Modbus通信由主節(jié)點(diǎn)發(fā)起，子節(jié)點(diǎn)在沒有收到來自主節(jié)點(diǎn)的請求時(shí)，從不會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)。子節(jié)點(diǎn)之間互不通信。主節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)刻只會(huì)發(fā)起一個(gè)Modbus事務(wù)處理。主節(jié)點(diǎn)以兩種模式對子節(jié)點(diǎn)發(fā)送Modbus請求：廣播、單播。主站工作狀態(tài)圖從站工作狀態(tài)圖主/從通信的三種典型情況串行鏈路上的Modbus地址規(guī)則Modbus尋址空間有256個(gè)不同地址地址0為廣播地址Modbus主節(jié)點(diǎn)沒有地址，子節(jié)點(diǎn)必須

5、有一個(gè)唯一的地址01247248255廣播地址子節(jié)點(diǎn)單獨(dú)地址保留串行鏈路上的Modbus幀結(jié)構(gòu)Modbus串行鏈路協(xié)議是一個(gè)主/從協(xié)議網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)從站必須有唯一的地址（從1到247）從站地址用于尋址從站設(shè)備，由主站發(fā)起地址0用于廣播模式，不需要響應(yīng)RS-485和RS-232 定義了標(biāo)準(zhǔn)的物理端口，提高互可操作性Modbus串行傳輸模式1：modbusRTU RTU模式：每個(gè)8 Bit字節(jié)包含兩個(gè)4 Bit的十六進(jìn)制字符,其優(yōu)點(diǎn)是在同樣的波特率下,可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù),但是每個(gè)信息必須以連續(xù)的數(shù)據(jù)流傳輸。Modbus串行傳輸模式2：modbusASCIIASCII模式：消息以冒號(hào)（:

6、）字（ASCII碼 3AH）開始，以回車換行符結(jié)束（ASCII碼 0DH,0AH）。其它域可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0.9,A.F。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備不斷偵測“:”字符，當(dāng)有一個(gè)冒號(hào)接收到時(shí)，每個(gè)設(shè)備都解碼下個(gè)域（地址域）來判斷是否發(fā)給自己的。消息中字符間發(fā)送的時(shí)間間隔最長不能超過1秒，否則接收的設(shè)備將認(rèn)為傳輸錯(cuò)誤。 Modbus串行鏈路實(shí)現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：公開的協(xié)議，完全免費(fèi)。簡單易用，性能穩(wěn)定。 廣泛的知識(shí)資源支持。 缺點(diǎn)：自適應(yīng)性差，需合理組態(tài)。通信效率低。Modbus協(xié)議在TCP/IP上的實(shí)現(xiàn)4ModbusTCP簡介ModbusTCP是運(yùn)行在TCP/IP上的Modbus 報(bào)文傳輸協(xié)議。通

7、過此協(xié)議，控制器相互之間通過網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。ModbusTCP是開放的協(xié)議，IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互聯(lián)網(wǎng)編號(hào)分配管理機(jī)構(gòu)）給Modbus協(xié)議賦予TCP編口號(hào)為502，這是目前在儀表與自動(dòng)化行業(yè)中唯一分配到的端口號(hào)。ModbusTCP/IP協(xié)議模型ModbusTCP通信結(jié)構(gòu)Modbus TCP/IP的通信設(shè)備：連接至TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的 Modbus TCP/IP客戶機(jī)和服務(wù)器設(shè)備。 互連設(shè)備，如：在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)和串行鏈路子網(wǎng)之間互連的網(wǎng)橋、路由器或網(wǎng)關(guān)等設(shè)備。ModbusTCP數(shù)據(jù)幀ModbusTCP數(shù)據(jù)幀

8、與串行鏈路數(shù)據(jù)幀的區(qū)別MBAP報(bào)文頭域長度描述客戶機(jī)服務(wù)器事務(wù)處理標(biāo)識(shí)符2字節(jié)Modbus請求/響應(yīng)事務(wù)處理的識(shí)別客戶機(jī)啟動(dòng)服務(wù)器從接收的請求中重新復(fù)制協(xié)議標(biāo)識(shí)符2字節(jié)0=Modbus協(xié)議客戶機(jī)啟動(dòng)服務(wù)器從接收的請求中重新復(fù)制長度2字節(jié)隨后字節(jié)的數(shù)量客戶機(jī)啟動(dòng)（請求）服務(wù)器（響應(yīng)）啟動(dòng)單元標(biāo)識(shí)符1字節(jié)串行鏈路或其它總線上連接的遠(yuǎn)程從站的識(shí)別客戶機(jī)啟動(dòng)服務(wù)器從接收的請求中重新復(fù)制ModbusTCP報(bào)文傳輸服務(wù)結(jié)構(gòu)用戶應(yīng)用通訊應(yīng)用層MODBUS客戶接口MODBUS客戶接口MODBUS客戶機(jī)MODBUS服務(wù)器TCP管理層棧參數(shù)化連接管理訪問控制TCP/IP棧資源管理與流量控制通信應(yīng)用層Modbus客

9、戶機(jī)：允許用戶應(yīng)用控制與遠(yuǎn)程設(shè)備的信息交換。Modbus客戶機(jī)根據(jù)用戶應(yīng)用向Modbus客戶機(jī)接口的發(fā)送要求中所包含的參數(shù)來建立一個(gè)Modbus請求。Modbus客戶機(jī)接口：Modbus客戶機(jī)接口提供一個(gè)接口，使得用戶應(yīng)用能夠生成各類Modbus服務(wù)的請求，該服務(wù)包括對Modbus應(yīng)用對象的訪問。Modbus服務(wù)器：在收到一個(gè)Modbus請求以后，模塊激活一個(gè)本地操作進(jìn)行讀、寫、或完成其他操作。TCP管理層連接管理： 在客戶機(jī)和服務(wù)器的Modbus模塊之間的通信需要使用TCP連接管理模塊，負(fù)責(zé)全面管理報(bào)文傳輸TCP連接。訪問控制： 在某些至關(guān)重要的場合，必須禁止無關(guān)的主機(jī)對設(shè)備內(nèi)部數(shù)據(jù)的訪問。

10、 管理通信的建立和結(jié)束以及管理在所建立的TCP連接上的數(shù)據(jù)流。TCP/IP棧層可以對TCP/IP的棧進(jìn)行參數(shù)配置，以適用于不同的產(chǎn)品或 系統(tǒng)特定的約束條件，來進(jìn)行數(shù)據(jù)流控制、地址管理和連 接管理，使用BSD套接字接口來管理TCP連接。TCP連接管理MODBUS通信需要建立客戶機(jī)與服務(wù)器之間的TCP連接。連接的建立可以由用戶應(yīng)用模塊直接實(shí)現(xiàn)，也可以由TCP連接管理模塊自動(dòng)完成。在第一種情況下，用戶應(yīng)用模塊必須提供應(yīng)用程序接口，以便完全管理連接。這種方式為應(yīng)用開發(fā)人員提供了靈活性，但需要TCP/IP機(jī)制方面的專長。在第二種情況，TCP 連接管理完全不出現(xiàn)，用戶應(yīng)用僅需要發(fā)送和接受MODBUS 報(bào)文

11、。TCP 連接管理模塊負(fù)責(zé)在需要時(shí)建立新的TCP連接。TCP連接的建立Modbus報(bào)文傳輸服務(wù)必須在502端口上提供一個(gè)監(jiān)聽套接字，允許接收新的連接和與其他設(shè)備交換數(shù)據(jù)。當(dāng)報(bào)文傳輸服務(wù)需要與遠(yuǎn)程服務(wù)器交換數(shù)據(jù)時(shí)，它必須與遠(yuǎn)程502端口建立一個(gè)新的客戶機(jī)連接，以便于遠(yuǎn)距離地交換數(shù)據(jù)。本地端口必須高于1024，并且對每個(gè)客戶機(jī)的連接各不相同 。信息交換過程Modbus/TCP的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：用戶可免費(fèi)獲得協(xié)議及樣板程序；網(wǎng)絡(luò)實(shí)施價(jià)格低廉，可全部使用通用網(wǎng)絡(luò)部件；易于集成不同的設(shè)備，幾乎可以找到任何現(xiàn)場總線連接到Modbus-TCP的網(wǎng)關(guān) ；網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力，100M以太網(wǎng)的傳輸結(jié)果為：每秒4000個(gè)

12、Modbus TCP報(bào)文，而每個(gè)報(bào)文可傳輸125個(gè)字(16bit)，故相當(dāng)于4000125=500000個(gè)模擬量數(shù)據(jù)(8000000開關(guān)量！)； 缺點(diǎn)：實(shí)時(shí)性較差應(yīng)用行業(yè)規(guī)模TCP/IP 已成為信息行業(yè)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)：世界上93%的網(wǎng)絡(luò)都使用TCP/IP，只要在應(yīng)用層使用Modbus TCP，就可實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換；目前中國已把Modbus TCP作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)之一。在國外，Modbus TCP被國際半導(dǎo)體業(yè)SEMI定為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，國際水處理、電力系統(tǒng)也把它作為應(yīng)用的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，還有越來越多行業(yè)把Modbus TCP作為標(biāo)準(zhǔn)來用；ModbusGate5應(yīng)用需求 Modbus 協(xié)議是電子工業(yè)設(shè)備上

13、應(yīng)用最為廣泛的一種通用語言，現(xiàn)已成為一種通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。通過此協(xié)議，各種不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備（如PLC、DCS、HMI、各種儀表傳感器等）可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。特別是工業(yè)控制領(lǐng)域（如電力行業(yè)等等）就常常會(huì)使用Modbus 協(xié)議進(jìn)行設(shè)備通訊，然而在通訊過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)，往往高端的PLC 直接帶有以太網(wǎng)接口（支持ModbusTCP 協(xié)議），而遠(yuǎn)程的各種從站設(shè)備（如HMI、變頻器、傳感器或儀表等等）往往只支持串行鏈路的Modbus 協(xié)議（Modbus RTU 或ASCII 協(xié)議）。當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備互聯(lián)通訊時(shí)，由于Modbus 協(xié)議在串口和以太網(wǎng)擁有不同的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，在它們之間運(yùn)行是非常困難的

14、，這時(shí)就需要一個(gè)Modbus 通訊網(wǎng)關(guān)作為二者的橋梁來幫助整合這兩種Modbus 網(wǎng)絡(luò)?？傮w框架 消息處理流程 ModbusGate產(chǎn)品分析 現(xiàn)在市面上常見的modbus網(wǎng)關(guān)有如下三家：周立功的MPort-100IE（單網(wǎng)口、單串口），功能最簡單，硬件防護(hù)中等；研華的EKI-122X系列（單網(wǎng)口，14串口），功能一般，硬件防護(hù)不錯(cuò)；MOXA的MGate_MB3000系列（12網(wǎng)口，14串口），功能強(qiáng)大，硬件防護(hù)一般。綜合以上考慮，功能參考MOXA,硬件護(hù)護(hù)參考研華。MB3270結(jié)構(gòu)圖MB3270指示燈含義MB3270關(guān)健性能指標(biāo)Slave模式同時(shí)支持16個(gè)TCP master（每個(gè)master

15、有32級深度的請求隊(duì)列）每個(gè)串口支持31個(gè)RTU/ASCII Slaver；Master模式同時(shí)支持32個(gè)TCP Slaver；緊急請求通道，保證Qos控制；提供串口重映射功能；內(nèi)建modbus協(xié)議分析器，能提供通信監(jiān)控信息。MB3270搜索MB3270搜索MB3270搜索MB3270配置：操作模式操作模式：RTU從站操作模式：RTU主站MB3270配置：網(wǎng)絡(luò)MB3270配置：從站ID映射MB3270配置：modbusMB3270配置：優(yōu)先級控制MB3270配置：可訪問IPMB3270配置：SNMPMB3270配置：其它設(shè)定MB3270監(jiān)控：MB3270監(jiān)控MB3270監(jiān)控Modbus測試6測試工具1：ZYModbus測試工具2：Modbus Poll測試工具3：Modbus SlaveModbus相關(guān)資料7MODBUS協(xié)議中文版GBT 19582.1-2