modbus TCP

目录

1.modbus 

1.1 分类

1.2 特点

2. modbus TCP

2.1 组成

2.2 报文头

3. 寄存器

4. 功能码

4.1 功能码代码

4.2 寄存器操作

5. 练习

练习一

练习二


1.modbus 

Modbus通信协议具有多个变种,其中有支持串口,以太网多个版本,其中最著名的是Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus TCP三种

1.1 分类

1) Modbus RTU:

运行在串口上的协议,采用二进制表现形式以及紧凑型数据结构,通信效率高,应用广泛。

2) Modbus ASCII:

运行在串口上的协议,采用ASCII码传输,并且利用特殊字符作为其字节的开始与结束标识,其传输效率要远远低于Modbus RTU协议,一般只有在通信数据量较小的情况下才考虑使用Modbus ASCII通信协议

3) Modbus TCP:

运行在以太网上的协议

1.2 特点

1)采用主从问答式通信

2)Modbus TCP是应用层协议,基于传输层TCP协议实现

3)Modbus TCP端口号默认 502

应用层协议实质是应用发送消息的规定格式。

 

2. modbus TCP

2.1 组成

ModbusTcp协议包含三部分:报文头、功能码、数据

 

2.2 报文头

包含7个字节,分别是:

事务处理标识符:主机发什么,从机回什么,没有限制

协议标识符:00 00 (十六进制) 占 2字节

长度:占两个字节,需要 4位 16进制来表示

单元标识符:从机 ID 一个字节

3. 寄存器

包含四种:离散量输入、线圈、输入寄存器、保持寄存器

1)离散量和线圈其实就是位寄存器(每个寄存器数据占1字节),工业上主要用于控制IO设备。

线圈寄存器,类比为开关量,每一个bit都对应一个信号的开关状态。 线圈寄存器支持读也支持写,写在功能码里面又分为写单个线圈寄存器和写多个线圈寄存器。

### Modbus TCP 协议及其相关实现 #### 什么是 Modbus TCPModbus 是一种通信协议,最初由施耐德电气开发并发布于 1979 年。它是一种主从式协议,广泛应用于工业自动化领域中的设备间通信。Modbus TCPModbus 的一种变体,基于标准的 TCP/IP 协议栈工作[^1]。 #### Modbus TCP 的特点 Modbus TCP 使用以太网作为传输介质,并通过端口 502 进行数据交换。它的主要特点是简单易用、兼容性强以及支持多种操作系统和硬件平台。以下是其核心特性: - **无连接模式**:Modbus TCP 不需要显式的握手过程即可发送请求。 - **帧结构**:每个消息都包含一个 MBAP 头部(Modbus Application Protocol Header),用于定义事务标识符、长度和其他元信息。 #### Python 中的 Modbus TCP 实现 —— PyModbus PyModbus 是一个功能全面的 Modbus 协议库,完全采用 Python 编写。它可以用来创建客户端和服务端应用程序来处理 Modbus 请求。以下是一个简单的例子展示如何使用 PyModbus 创建一个 Modbus 客户端: ```python from pymodbus.client.sync import ModbusTcpClient as ModbusClient client = ModbusClient('localhost', port=502) if client.connect(): result = client.read_coils(1, 8) print(result.bits) else: print("Connection failed") ``` 上述代码片段展示了如何建立到本地主机上的 Modbus 设备连接,并读取八个离散输入的状态。 #### C/C++ 中的 Modbus TCP 实现 —— libmodbus 和 FreeMODBUS 对于那些更倾向于低级编程语言的人来说,`libmodbus` 或 `FreeMODBUS` 可能会更适合他们需求的选择之一。 ##### Libmodbus 示例 Libmodbus 提供了一个轻量级却高效的 API 来操作 Modbus 数据包。下面是如何利用该库构建基本服务器的一个实例: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include "modbus/modbus.h" int main(void){ modbus_t *ctx; ctx = modbus_new_tcp("127.0.0.1", 502); if (modbus_connect(ctx) == -1) { fprintf(stderr,"Connection failed\n"); modbus_free(ctx); exit(EXIT_FAILURE); } uint16_t tab_reg[1]; int rc; rc = modbus_read_registers(ctx, 0, 1, tab_reg); printf("%d\n",tab_reg[0]); modbus_close(ctx); modbus_free(ctx); return EXIT_SUCCESS; } ``` 这段程序尝试访问位于 IP 地址 '127.0.0.1' 上运行的服务器,并从中检索寄存器值[^2]。 ##### FreeMODBUS 示例 另一个流行的选项是 FreeMODBUS ,这是一个开放源码项目提供了 BSD 许可下的 MODBUS RTU / ASCII 和 TCP 奴隶实现方式。虽然这里不提供具体示例代码,但是可以参考官方文档获取更多信息关于配置方法等内容。 #### 测试工具与调试技巧 当涉及到实际部署时,可能还需要考虑一些额外的因素比如性能优化或者错误恢复机制等问题。可以通过编写专门的单元测试脚本来验证不同场景下系统的响应行为是否符合预期;同时也可以借助 Wireshark 等网络分析软件捕获实时流量以便进一步诊断潜在问题所在之处[^3]。 ---
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