Modbus协议及常用工具

Modbus协议是一种常用于工业自动化和物联网领域的通信协议，以下是对Modbus协议的详细介绍。

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一、概述

Modbus协议最初由Modicon公司（现为施耐德电气公司的一部分）于1979年开发，旨在实现自动化设备之间的通信。它已经成为工业领域通信协议的业界标准，并广泛应用于工业电子设备之间的连接。

  

二、主要特点

1. 简单易懂

   ：Modbus协议采用了简单的通信格式，易于理解和实现。

2. 灵活性

   ：Modbus协议支持多种物理层和传输介质，包括串口（如RS232、RS485和RS422）和以太网等，可以适应不同的通信需求。

3. 易于扩展

   ：Modbus协议支持主从结构和多点通信，可以轻松地扩展到多个设备。

4. 开放性

   ：Modbus协议是一个开放的协议，各种厂商都可以使用和实现，促进了其在工业自动化领域的广泛应用。

5. 可靠性

   ：Modbus协议具有良好的容错性和可靠性，适用于工业环境中的数据通信和控制。

三、工作原理

Modbus协议采用主从通讯技术，即由主设备主动查询和操作从设备。主设备（如工控机和工业控制器等）负责发起每次交互，从设备（如PLC可编程控制器、传感器等）则接收主机发送的数据来进行响应。通信过程中，主设备发送请求，从设备应答，主设备不发送时，总线上没有数据通信。从设备不会自己发送消息给主设备，只能回复主设备发送的消息请求。

四、协议分类

Modbus协议存在多种版本和变种，以适应不同的通信需求和传输介质。其中最常见的有：

1. Modbus ASCII

   ：当设备设置为使用ASCII模式在Modbus串行线上进行通信时，消息中的每个8位字节将作为两个ASCII 4位字符发送。此模式的效率不如Modbus RTU，因为每个字节需要两个字符。

2. Modbus RTU

   ：是一种紧凑的二进制表示数据的方式，因为使用二进制编码和CRC错误检查的结合，使得Modbus RTU适用于工业应用，比ASCII字符的替代方案更有效地传输。

3. Modbus TCP

   ：是在TCP/IP网络上运行的Modbus的实现，旨在允许Modbus ASCII/RTU协议在基于TCP/IP的网络上传输。它将Modbus消息嵌入TCP/IP帧内，实现了Modbus协议在以太网上的传输。

五、Modbus RTU帧结构

Modbus RTU（Remote Terminal Unit）是Modbus通信协议的一种变种，用于串行通信。它是一种常见的工业控制系统通信协议，通常用于采集传感器数据、控制执行器和监控设备状态。

报文结构

地址：取值范围是0-247，如果是0，就是主站广播报文；如果是1-247，则有可能是主站请求或者从站应答。

功能码：也就是报文命令，代表主站对从站的操作，读或者写

数据：数据字段，主请求报文，从应答报文会有所差异。也就是说假设抓取总线报文，如何区分是主站请求还是从站应答，则需要通过数据字段进行区分了。

CRC校验：采用CRC16，16位循环冗余校验。

Modbus RTU 帧总长度最大为 256 字节（即数据部分最多252字节）。

六、Modbus TCP帧结构

ModbusTCP的数据帧可分为两部分：MBAP+PDU，如下图所示。

MBAP（报文头）

 （1）事务标识符：可以解释为报文的序列号，客户端发送数据，每发送一次数据标识符就加一。服务器接收时会把这个数据原封返回。

 （2）协议表示：00 00代表TCP协议。 （3）长度：表示从单元标识符开始后面数据的长度。如：00 06表示后面有0X06个字节长度的数据。 （4）单元标识符：相当于设备的地址。一般为01。

PDU（帧结构）

PDU=功能码+数据。

功能码：

（1）modbus的操作对象有四种：线圈、离散输入、输入寄存器、保持寄存器。线圈：相当于开关，在MODBUS中可读可写，数据只有00和01。离散量：输入位，开关量，在MODBUS中只读。输入寄存器：只能从模拟量输入端改变的寄存器，在MODBUS中只读。保持寄存器：用于输出模拟量信号的寄存器，在MODBUS中可读可写。

（2）根据对象的不同，modbus的功能码有：

0x01：读线圈

0x05：写单个线圈

0x0F：写多个线圈

0x02：读离散量输入

0x04：读输入寄存器

0x03：读保持寄存器

0x06：写单个保持寄存器

0x10：写多个保持寄存器

六、Modbus常用工具

最常用、功能最强大的工具莫如 Modbus Poll、Modbus slave, Modbus Poll 可模拟rtu和tcp两种模式下的主机，Modbus slave可模拟rtu和tcp两种模式下的从机。是了解协议和开发协议的好助手。

Modbus Poll 如下

Modbus slave如下

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