Modbus TCP通信概述

2018年6月26日22:53:53 发表评论 449 阅读

MODBUS/TCP是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产品,显而易见,它覆盖了使用TCP/IP协议的“Intranet”和“Internet”环境中MODBUS报文的用途。协议的最通用用途是为诸如PLC’s,I/O模块,以及连接其它简单域总线或I/O模块的网关服务的。

MODBUS/TCP 使MODBUS_RTU协议运行于以太网,MODBUS TCP使用TCP/IP和以太网在站点间传送MODBUS报文,MODBUS TCP结合了以太网物理网络和网络标准TCP/IP以及以MODBUS作为应用协议标准的数据表示方法。MODBUS TCP通信报文被封装于以太网TCP/IP数据包中。与传统的串口方式,MODBUS TCP插入一个标准的MODBUS报文到TCP报文中,不再带有数据校验和地址。

1. 通讯所使用的以太网参考模型

Modbus TCP传输过程中使用了TCP/IP以太网参考模型的5层:

第一层:物理层,提供设备物理接口,与市售介质/网络适配器相兼容

第二层:数据链路层,格式化信号到源/目硬件址数据帧

第三层:网络层,实现带有32位IP址IP报文包

第四层:传输层,实现可靠性连接、传输、查错、重发、端口服务、传输调度

第五层:应用层,Modbus协议报文

2. Modbus TCP数据帧

Modbus数据在TCP/IP以太网上传输,支持Ethernet II和802.3两种帧格式,Modbus TCP数据帧包含报文头、功能代码和数据3部分,MBAP报文头(MBAP、Modbus Application Protocol、Modbus应用协议)分4个域,共7个字节,如图1所示:

图1: MODBUS TCP报文

由于使用以太网TCP/IP数据链路层的校验机制而保证了数据的完整性,MODBUS TCP 报文中不再带有数据校验”CHECKSUM”,原有报文中的“ADDRESS”也被“UNIT ID”替代而加在MODBUS应用协议报文头中。

3. Modbus TCP使用的通讯资源端口号

在Modbus服务器中按缺省协议使用Port 502 通信端口,在Modbus客户器程序中设置任意通信端口,为避免与其他通讯协议的冲突一般建议2000开始可以使用。

4. Modbus TCP使用的功能代码

按照使用的通途区分,共有3种类型分别为:

1) 公共功能代码:已定义好功能码,保证其唯一性,由Modbus.org认可;

2) 用户自定义功能代码有两组,分别为65~72和100~110,无需认可,但不保证代码使用唯一性,如变为公共代码,需交RFC认可;

3) 保留功能代码,由某些公司使用某些传统设备代码,不可作为公共用途。

按照应用深浅,可分为3个类别:

1) 类别0,客户机/服务器最小可用子集:读多个保持寄存器(fc.3);写多个保持寄存器(fc.16)。

2) 类别1,可实现基本互易操作常用代码:读线圈(fc.1);读开关量输入(fc.2);读输入寄存器(fc.4);写线圈(fc.5);写单一寄存器(fc.6)。

3) 类别2,用于人机界面、监控系统例行操作和数据传送功能:强制多个线圈(fc.15);读通用寄存器(fc.20);写通用寄存器(fc.21);屏蔽写寄存器(fc.22);读写寄存器(fc.23)。

5. Modbus TCP通讯应用举例

在读寄存器的过程中,以Modbus TCP请求报文为例,具体的数据传输过程如下:

1) Modbus TCP客户端实况,用Connect()命令建立目标设备TCP 502端口连接数据通信过程;

2) 准备Modbus报文,包括7个字节MBAP内请求;

3) 使用send()命令发送;

4) 同一连接等待应答;

5) 同recv()读报文,完成一次数据交换过程;

6) 当通信任务结束时,关闭TCP连接,使服务器可以为其他服务。

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