modbus通信协议
### Modbus通信协议详解 #### 一、Modbus协议概述 Modbus协议是一种广泛应用的工业标准通信协议,它主要用于连接工业电子控制器和其他设备,通过网络实现数据交换。该协议最初由Modicon公司(现施耐德电气的一部分)于1979年开发,目的是为了解决工厂自动化系统中的控制器间通信问题。 ### 二、Modbus协议的基本特征 #### 2.1 主从站通信结构 - **主站**:负责发起通信请求,通常是PLC或其他控制系统。 - **从站**:响应主站的请求,执行特定的任务并返回结果,如传感器、驱动器等。 - **最大连接数**:理论上支持一台主站与最多247台从站的连接,实际应用中受到硬件限制,可能少于这个数字。 #### 2.2 物理层 - **接口**:通常使用RS-485或RS-232接口。 - **传输速率**:最高可达115 kbps。 #### 2.3 传输模式 Modbus支持两种主要的传输模式:ASCII和RTU。在简化版本中仅讨论RTU(远程终端单元)模式,这是更常用且效率更高的传输方式。 - **RTU特性**: - **编码系统**:十六进制。 - **起始位**:1位。 - **数据位**:8位。 - **奇偶校验位**:可选,0或1位。 - **停止位**:1或2位。 - **校验和**:使用CRC(循环冗余校验)算法来确保数据传输的准确性。 ### 三、Modbus协议的帧格式 #### 3.1 RTU帧格式 RTU帧由以下几个部分组成: - **从站地址**:8位,用于指定目标从站。 - **功能码**:8位,定义了从站应执行的操作。 - **数据**:N×8位,包含执行功能所需的具体信息。 - **校验和**:16位,采用CRC算法计算得出,用于验证数据完整性。 #### 3.2 帧类型 - **命令帧**:由主站发送给从站,指令从站执行特定操作。 - **应答帧**: - 显长度应答帧:包括数据长度字段。 - 隐长度应答帧:不包括数据长度字段。 ### 四、Modbus的通讯方式 #### 4.1 应答方式 - **主站**向指定的从站(地址1~247)发送命令,并等待其响应。 - **从站**接收命令后执行,并将结果发送回主站。 #### 4.2 广播方式 - **主站**向所有从站(地址0)发送命令,无需等待响应。 - **从站**接收到命令后执行,但不发送确认消息。 ### 五、Modbus功能码 #### 5.1 功能码意义 - **01**: 读取离散输入状态(开关量输出)。 - **02**: 读取输入寄存器状态(开关量输入)。 - **03**: 读取保持寄存器(模拟量输出)。 - **04**: 读取输入寄存器(模拟量输入)。 - **05**: 强制单个线圈(设置开关量输出)。 - **06**: 预设单个寄存器(设置模拟量输出)。 - **15**: 强制多个线圈(批量设置开关量输出)。 - **16**: 预设多个寄存器(批量设置模拟量输出)。 #### 5.2 广播功能有效性 并非所有的功能码都适用于广播方式,以下功能码支持广播操作: - **05**: 强制单个线圈。 - **06**: 预设单个寄存器。 - **15**: 强制多个线圈。 - **16**: 预设多个寄存器。 ### 六、Modbus帧结构分析 #### 6.1 从站地址字段 - 表示接收报文的从站地址。 - 当地址为0时,表示广播操作。 #### 6.2 功能码字段 - 指定从站执行的具体操作。 - 参照功能码表,不同码值对应不同的功能。 #### 6.3 数据长度字段 - 记录随后数据字段的长度,单位为字节。 #### 6.4 数据字段 - 包含执行特定功能所需的详细信息。 #### 6.5 校验和字段 - 使用CRC算法计算得出,用于确保数据的完整性和准确性。 ### 结论 Modbus协议因其简单、高效、易于实现等特点,在工业自动化领域得到了广泛的应用。通过对Modbus协议的深入理解,可以更好地利用这一工具来构建可靠且高效的工业网络系统。无论是对于系统设计者还是现场工程师来说,掌握Modbus通信协议的基本原理和操作方法都是非常重要的。