Kepserver与三菱FX3U通讯：深入探讨MODBUS协议


参考资源链接：[傻瓜教程：Kepserver与FX3U PLC的网络连接与数据采集](https://wenku.csdn.net/doc/6401acf4cce7214c316edc23?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. Kepserver与MODBUS协议概述

在工业自动化的世界里，Kepware Kepserver (现在称为 KEPServerEX) 是一款广受欢迎的通信服务器软件，它提供了多种协议支持，其中包括MODBUS协议，这是工业控制领域中应用最为广泛的通信协议之一。本章节旨在为读者提供Kepserver与MODBUS协议的基本概念与重要性，为后续深入探讨打下坚实基础。

## 1.1 MODBUS协议的起源与发展

MODBUS协议诞生于1979年，由Modicon公司（现属施耐德电气）开发，最初用于其制造的可编程逻辑控制器（PLC）之间的通信。随着工业自动化的发展，MODBUS协议因其简单性、开放性和可扩展性，已成为工业通信的事实标准，广泛应用于各种自动化设备和系统。

## 1.2 Kepserver的功能特点

Kepserver是一款功能强大的通信平台，支持众多协议，能够实现从边缘设备到企业系统的无缝集成。它提供易于使用的用户界面，支持设备的实时数据监控和管理，以及高级的数据处理和分析功能。对于MODBUS协议的支持，Kepserver不仅提供了稳定的连接，还允许用户高效地进行数据交换和管理。

在下一章，我们将深入探讨MODBUS协议的基础理论，为理解Kepserver集成MODBUS通讯实践打下坚实的理论基础。

# 2. MODBUS协议基础理论

## 2.1 MODBUS协议的起源与发展
### 2.1.1 MODBUS协议的历史背景

MODBUS协议的历史可以追溯到1979年，当时由Modicon公司（现为施耐德电气的一部分）开发，主要用于其生产的可编程逻辑控制器（PLC）之间以及PLC与计算机之间的通信。早期的MODBUS协议是一个主从结构的串行通信协议，它使用RS-232或RS-485进行物理层的连接，具有成本低、实现简单的特点，因此迅速在工业自动化领域得到广泛应用。

随着时间的推移，MODBUS协议逐步发展，其协议规范不断更新以适应现代工业网络的需求。MODBUS RTU（Remote Terminal Unit）模式最初推出，随后又推出了MODBUS TCP（Transmission Control Protocol）模式，将MODBUS协议扩展到了TCP/IP网络环境中。

### 2.1.2 MODBUS协议的版本差异

MODBUS协议有多个版本，主要包括MODBUS RTU、MODBUS ASCII和MODBUS TCP。其中，RTU和ASCII都是串行通信模式，区别在于数据的编码方式。RTU模式使用二进制编码，而ASCII模式则使用ASCII字符编码。MODBUS TCP则是基于TCP/IP协议栈实现的，使得MODBUS协议能够在局域网甚至互联网中使用。

不同模式的MODBUS协议在数据格式和通信过程上存在差异，但它们在功能上是相互兼容的。用户可以根据实际应用场景和硬件设备选择合适的模式。随着工业4.0的到来，MODBUS TCP因其更高的传输速度和更好的网络兼容性，正成为主流应用。

## 2.2 MODBUS协议架构与框架
### 2.2.1 MODBUS协议的数据结构

MODBUS协议采用一种紧凑的数据结构，以简化和标准化的格式传输数据。数据结构包含设备地址、功能码、数据以及一个用于错误检测的校验码。在MODBUS TCP模式中，数据结构与TCP/IP协议相结合，使用TCP端口502进行通信。

数据单元中的设备地址用于指示数据请求的目标设备，功能码指示了具体的操作类型，比如读取保持寄存器、读取输入寄存器、写单个寄存器等。数据部分包含了实际的读写操作内容，而校验码（如CRC）用于确保数据在传输过程中的完整性和正确性。

### 2.2.2 MODBUS协议的功能码解析

MODBUS协议的功能码定义了一系列的标准操作，用于指令设备执行特定的任务。功能码涵盖了对输入/输出状态的读取、对寄存器的读写操作等。例如，功能码03代表读保持寄存器，功能码06代表写单个寄存器。

每种功能码都与特定的数据帧格式相关联，并且其使用方式被明确地定义在MODBUS协议规范中。当一个设备接收到MODBUS请求后，它会根据功能码进行相应的处理，并返回相应的响应。如果请求中包含错误，比如不支持的功能码，设备将返回一个异常响应，指出错误的具体原因。

## 2.3 MODBUS协议的传输模式
### 2.3.1 串行通信与TCP/IP通信的对比

MODBUS协议支持两种主要的通信模式：串行通信和TCP/IP通信。串行通信模式使用RS-232或RS-485等物理连接，主要应用于点对点的设备通信。而MODBUS TCP模式则利用TCP/IP网络将MODBUS协议封装在IP数据包中进行通信，适用于更复杂的网络环境。

串行通信模式因其简单、成本低的特点，至今仍在许多现场设备和旧系统中使用。然而，随着工业通信对速度和灵活性的要求提高，基于TCP/IP的MODBUS通信因其扩展性强、可靠性高等优势而越来越受欢迎。

### 2.3.2 MODBUS RTU与MODBUS TCP的实现细节

MODBUS RTU模式与MODBUS TCP模式在实现细节上存在本质的区别。RTU模式下，设备通过串行端口进行通信，需要正确的帧头和帧尾以及CRC校验来保证数据的完整性和准确性。通信速率、设备地址和超时设置等因素都需要被严格控制以保证通信的稳定性。

相比之下，MODBUS TCP模式则使用标准的TCP/IP协议栈进行数据传输。数据包被封装在TCP数据段中，通过IP地址来标识设备。在这一模式下，设备连接更加灵活，可以轻松实现远程监控和诊断。同时，由于TCP协议本身具备的重传机制，MODBUS TCP在网络不稳定的情况下可以提供更可靠的通信。

sequenceDiagram
    participant Kepserver
    participant PLC
    Note over Kepserver,PLC: MODBUS RTU通信流程
    Kepserver->>PLC: 发送请求帧
    PLC->>Kepserver: 接收响应帧
    Note over Kepserver,PLC: MODBUS TCP通信流程
    Kepserver->>PLC: 建立TCP连接
    Kepserver->>PLC: 发送请求数据包
    PLC->>Kepserver: 接收响应数据包
    Kepserver->>PLC: 断开TCP连接

以上流程图说明了在MODBUS RTU和MODBUS TCP通信模式下，数据传输过程的差异。RTU模式直接通过串行端口发送请求帧并接收响应帧。而TCP模式则需要建立TCP连接，在数据包交换完成后断开连接。通过图表可以更直观地理解两种模式的差异。

综上所述，MODBUS协议由于其简单、开放和可扩展的特性，在工业自动化领域成为广泛应用的通信协议。不管是传统的串行通信还是现代的TCP/IP通信，MODBUS都提供了