MODBUS TCP/IP通讯协议详解与标准架构

MODBUS是一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议，它最初是为了简化设备间的通信而设计的。该协议的标准分为两部分，即串行链路上的MODBUS和TCP/IP上的MODBUS，分别遵循不同的规范。 串行链路部分基于TIA/EIA标准，具体包括232-F（适用于RS-232接口）和485-A（用于远程设备的多点通信）。这些标准定义了如何在物理层和数据链路层上实现MODBUS通信，确保了设备之间的兼容性和可靠性。 TCP/IP上的MODBUS则依据IETF标准，如RFC793（传输控制协议）和RFC791（互联网协议），将MODBUS扩展到了网络环境中。这使得MODBUS能够通过TCP/IP网络进行跨主机通信，增强了其灵活性和远程控制能力。 开放型Modbus/TCP规范修订版1.0，发布于1999年3月29日，由Andy Swales代表Schneider电气公司制定，提供了详细的协议指南。该规范明确了以下要点： 1. 面向连接：强调了TCP/IP连接的建立和维护，确保数据交换的有序性。 2. 数据编码：规定了数据在传输过程中的编码格式，包括ASCII、RTU或二进制模式，以便不同类型的设备能够理解和处理数据。 3. 参考编号解释：对MODBUS功能码（FC）进行了详细的解读，每个功能码对应特定的命令，如读取输入寄存器、写入寄存器等。 4. 隐含长度原则：规定了数据包长度的确定方式，通常在没有明确长度指示的情况下，通过功能码来推测数据包的长度。 5. 一致性等级：分为类型0、1、2，分别对应不同的功能码，每个等级有特定的操作范围和特性。 - 类型0：主要用于简单的一对一读写操作，如读取单个寄存器或线圈。 - 类型1：涉及读取多个输入或输出状态，如读离散输入和线圈。 - 类型2：提供更复杂的功能，如多点操作、读取/写入一组寄存器等。 6. 异常处理：定义了错误代码，用于指示通信过程中可能出现的问题，便于客户端和服务器进行错误检测和处理。 7. 应用指导：提供了详细的客户端和服务器设计建议，包括多线程和单线程服务器的实现，并强调了性能需求和非指令数据的编码规则。 8. 编码细节：包括指令字的比特位配置以及针对不同数据类型（如1984数据类型和IEC-1131数据类型）的处理方法。 MODBUS与TCP通讯协议规范与标准是工业自动化领域的重要基石，它定义了设备间的标准化通信方式，促进了设备集成和互操作性，对于监控、控制和自动化系统的设计至关重要。通过理解并遵循这些规范，工程师们能够构建稳定、高效和兼容的工业控制系统。