Modbus协议规范（中文）

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### Modbus协议规范详解#### 一、引言Modbus是一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议，自1979年被施耐德电气（原名Modicon）首次提出以来，已经成为工业通信领域的一项事实标准。它允许不同厂商生产的设备间进行相互交流，从而简化了自动化系统的集成工作。本文将深入探讨Modbus协议的核心概念及其在网络通信中的应用。#### 二、Modbus协议概述##### 2.1 范围与定义- **定义**：Modbus协议是一种开放式的应用层报文传输协议，它运行在OSI模型的第七层。该协议最初设计用于通过串行链路连接不同的设备，但随着技术的发展，其应用已经扩展到了包括以太网在内的多种网络。- **目标**：Modbus的目标是在不同类型总线或网络连接的设备之间提供客户机/服务器模式的通信机制。它通过一组预定义的功能码实现对设备的读写操作。##### 2.2 核心特点- **简单性**：Modbus协议结构简单明了，易于实现和维护。- **兼容性**：它支持多种网络环境，如以太网上的TCP/IP、异步串行传输等。- **灵活性**：可以通过网关实现不同总线或网络间的通信。##### 2.3 标准规范- **RFC791**：定义了Internet协议，这是TCP/IP模型的基础之一。- **MODBUS协议参考指南Rev J**：提供了Modbus协议的详细说明和技术指导。#### 三、Modbus协议架构Modbus协议的架构可以分为三个主要层次：##### 3.1 物理层- **EIA/TIA-232-E**：适用于短距离串行通信。- **EIA/TIA-485-A**：适用于长距离、多点通信。- **IEEE 802.3以太网**：适用于局域网通信。##### 3.2 数据链路层- **HDLC（High-Level Data Link Control）**：一种高效的数据链路控制协议，用于管理数据传输。##### 3.3 应用层- **MODBUS应用层协议**：定义了应用层的具体实现细节，包括功能码、消息格式等。#### 四、Modbus通信栈Modbus通信栈由多个层次组成，包括物理层、数据链路层和应用层。这些层次共同构成了Modbus通信的基本框架。##### 4.1 物理层- **串行链路**：通过EIA/TIA-232或EIA/TIA-485进行物理连接。- **以太网**：采用IEEE 802.3标准进行物理连接。##### 4.2 数据链路层- **HDLC**：负责数据链路层的控制。##### 4.3 应用层- **MODBUS应用层**：包括基于TCP的Modbus TCP/IP、MODBUS+等协议。- **主站/从站**：在通信中，通常有一个主站（Master）控制多个从站（Slave）。#### 五、Modbus事务处理框架Modbus协议定义了一系列功能码，用于描述设备间通信的具体行为。例如，功能码0x01用于读取离散输入状态，而功能码0x03则用于读取保持寄存器值。每个功能码都对应一个特定的操作。#### 六、Modbus网络体系结构示例在不同的网络环境中，Modbus可以实现不同的应用场景。例如，在图2所示的例子中，Modbus可以在RS232、RS485以及TCP/IP等多种网络环境下实现设备间的通信。通过网关还可以实现不同网络间的互连互通。#### 七、协议数据单元（PDU）Modbus协议定义了一个简单的协议数据单元（PDU），它包含地址域、功能码、数据以及差错校验等部分。具体而言：- **地址域**：用于标识接收设备的地址。- **功能码**：指示所需执行的操作类型。- **数据**：包含实际传输的数据。- **差错校验**：用于检测传输过程中的错误。#### 八、结论Modbus协议作为一种成熟的工业通信标准，为不同设备之间的通信提供了一套简洁有效的解决方案。无论是对于设备制造商还是系统集成商来说，掌握Modbus协议的基本原理和应用场景都是非常重要的。未来，随着物联网技术的发展，Modbus协议的应用范围还将进一步扩大。