MODBUS协议(功能码和报文解析)

MODBUS协议
Modbus是一种串行通信协议，是Modicon于1979年，为使用可编程逻辑控制器（PLC）而发表的。

事实上，它已经成为工业领域通信协议标准，并且现在是工业电子设备之间相当常用的连接方式。

Modbus比其他通信协议使用的更广泛的主要原因有：
公开发表并且无版税要求
相对容易的工业网络部署
对供应商来说，修改移动原生的位或字节没有很多限制
Modbus允许多个设备连接在同一个网络上进行通信，举个例子，一个由测量温度和湿度的装置，并且将结果发送给计算机。

在数据采集与监视控制系统（SCADA）中，Modbus通常用来连接监控计算机和remote terminal unit (RTU)。

Modbus协议目前存在用于串口、以太网以及其他支持互联网
协议的网络的版本。

大多数Modbus设备通信通过串口EIA-485物理层进行[1]。

对于串行连接，存在两个变种，它们在数值数据表示不同和协议细节上略有不同。

Modbus RTU是一种紧凑的，采用二进制表示数据的方式，Modbus ASCII是一种人类可读的，冗长的表示方式。

这两个变种都使用串行通讯（serial communication）方式。

RTU 格式后续的命令／数据带有循环冗余校验的校验和，而ASCII格式采用纵向冗余校验的校验和。

被配置为RTU变种的节点不会和设置为A SCII变种的节点通信，反之亦然。

对于通过TCP/IP（例如以太网）的连接，存在多个Modbus/T CP变种，这种方式不需要校验和的计算。

对于所有的这三种通信协议在数据模型和功能调用上都是相同的，只有封装方式是不同的。

Modbus 有一个扩展版本Modbus Plus(Modbus+或者MB +)，不过此协定是Modicon专有的，和Modbus不同。

它需要一个专门的协处理器来处理类似HDLC的高速令牌旋转。

它使用1Mbi t/s的双绞线，并且每个节点都有转换隔离装置，是一种采用转换／边缘触发而不是电压／水平触发的装置。

连接Modbus Plus到计算机需要特别的接口，通常是支持ISA（SA85）,PCI或者PCMCIA总线的板卡。

Modbus协议是一个master/slave 架构的协议。

有一个节点是master 节点，其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave 节点。

每一个slave 设备都有一个唯一的地址。

在串行和MB+网络中，只有被指定为主节点的节点可以启动一个命令（在以太网上，任何一个设备都能发送一个Modbus命令，但是通常也只有一个主节点设备启动指令）。

一个ModBus命令包含了打算执行的设备的Modbus地址。

所有设备都会收到命令，但只有指定位置的设备会执行及回应指令（地址0例外，指定地址0 的指令是广播指令，所有收到指令的设备都会执行，不过不回应指令）。

所有的Modbus命令包含了检查码，以确定到达的命令没有被破坏。

基本的ModBus命令能指令一个RT
MODBUS TCP 中的设备标识，功能码等与MODBUS RTU相同，可以认为是在MODBUS RTU报文的前边加了一个头，去掉了CRC 校验这个尾。

MODBUS协议定义了4种基本数据类型：可读写位数据，只读位数据，只读16位数据，可读写16位数据。

这些数据分别被称为
线圈状态，输入状态，输入寄存器，保持寄存器。

MODBUS协议中定义的这些数据都是一个从地址1开始的数组，访问时需要指明从哪个地址开始访问，访问多少个数据。

下表是MO DBUS的功能码。

ModBus功能码
功能
名称作用
码
01 读取线圈状态取得一组逻辑线圈的当前状态（ON/OFF)
02 读取输入状态取得一组开关输入的当前状态（ON/OFF)
在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制
03 读取保持寄存器
值
在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制
04 读取输入寄存器
值
05 强置单线圈强置一个逻辑线圈的通断状态
06 预置单寄存器把具体二进值装入一个保持寄存器
07 读取异常状态取得8个内部线圈的通断状态，这8个线圈的
MODBUS协议在智能设备中的应用
上面讲述了MODBUS协议的报文以及命令，那么在智能设备中如何使用这个协议呢?
如果智能设备有开关量输入输出，模拟量输入输出，有计数器等。

很明显开关量输入可以映射到10001地址，第一路开关量输入为10 001，第二路为10002，………
开关量输出映射到00001地址，第一路为00001，第二路为00 002，…….
模拟量输入映射到30001地址，第一路为30001，第二路为3 0002，……
模拟量输出和计数器输入映射到40001地址，第一路为40001，第二路为40002，……
当然也可以把所有的数据都放在保持寄存器中，这样对于MOD BUS主设备访问时要简单，访问效率能提高，但是处理起来略显繁琐。