Modbus通訊協(xié)議簡介解析課件

Modbus通訊協(xié)議簡介一種工業(yè)上廣泛使用的串行通信協(xié)議Modbus通訊協(xié)議簡介一種工業(yè)上廣泛使用的串行通信協(xié)議MODBUS概述

Modbus協(xié)議是工業(yè)控制器網(wǎng)絡協(xié)議中的一種，此協(xié)議定義了一個控制器能認識的消息結構，描述了一個控制器請求訪問其它設備、回應來自其它設備的請求以及偵測錯誤并記錄的過程。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡（例如以太網(wǎng)）和其它設備之間可以通信。它已經(jīng)成為一種通用工業(yè)標準，可以將不同廠商生產(chǎn)的控制設備（例如：變頻器，伺服驅動器，智能儀表，信號采集卡等）連成工業(yè)網(wǎng)絡，進行集中監(jiān)控。MODBUS概述Modbus協(xié)議是工業(yè)控制器網(wǎng)絡MODBUS組網(wǎng)圖例MODBUS組網(wǎng)圖例Modbus主/從協(xié)議原理Modbus串行鏈路協(xié)議是一個主-從協(xié)議。在同一時間，只能將一個主站連接到總線，將一個或多個從站（最大數(shù)量為247）連接到相同的串行總線。Modbus通訊總是由主站發(fā)起，當從站沒有收到來自主站的請求時，將不會發(fā)送數(shù)據(jù)。主站同時只能啟動一個Modbus事務處理，從站之間不能相互通信。Modbus主/從協(xié)議原理Modbus串行鏈路協(xié)Modbus主/從協(xié)議原理主站用兩種模式向從站發(fā)出Modbus請求，分別為單播模式和廣播模式。單播模式工作方式：由主站尋址單個從站，從站接收并處理完請求之后，向主站返回一個報文（一個應答）。在這種模式下，一個Modbus事務處理包含2個報文：一個是主站的請求，另一個是從站的應答。每個從站必須有唯一的地址（1～247），這樣才能區(qū)別于其它站而被獨立地尋址。廣播模式工作方式：主站可以向所有的從站發(fā)送請求，對于主站廣播的請求沒有應答返回，廣播請求必須是寫命令，所有設備必須接收寫功能的廣播，地址0被保留用來識別廣播通信。Modbus主/從協(xié)議原理主站用兩種模式向從站發(fā)Modbus尋址原則Modbus尋址空間由256個不同地址組成。地址0為廣播地址，所有從站必須識別廣播地址。Modbus主站沒有特定地址，只有從站有一個地址，在Modbus串行總線上，這個地址必須是唯一的。表1Modbus尋址空間分配01-247248-255廣播地址從站某個地址保留地址Modbus尋址原則Modbus尋址空間由256Require-Respond（請求-響應）周期Require-Respond（請求-響應）周期Require-Respond（請求-響應）周期（1）請求主設備查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設備要執(zhí)行功能的任何附加信息。例如：功能代碼03是要求從設備讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設備的信息：從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯誤檢測域為從設備提供了一種驗證消息內(nèi)容是否正確的方法。（2）響應如果從設備產(chǎn)生一個正常的回應，在回應消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的回應。數(shù)據(jù)段包括了從設備收集的數(shù)據(jù)（例如寄存器值或狀態(tài)）。如果有錯誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出回應消息是錯誤的，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域允許主設備確認消息內(nèi)容是否可用。Require-Respond（請求-響應）周期（1）請求傳輸模式（Modbus的2種變種）控制器能設置為兩種傳輸模式（ASCII或RTU）中的任何一種在標準的Modbus網(wǎng)絡中進行通信。用戶可以選擇想要的模式，包括波特率、校驗方式等串口通信參數(shù)，在配置每個控制器的時候，一個Modbus網(wǎng)絡上的所有設備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。（1）ASCII模式當控制器設為在Modbus網(wǎng)絡上以ASCII模式通信時，在消息中的每個數(shù)據(jù)字節(jié)都轉換為兩個表示其16進制編碼的ASCII字符發(fā)送。這種方式的主要優(yōu)點是人工可讀、字符發(fā)送的時間間隔可達到1秒而不產(chǎn)生錯誤，缺點是表示方式冗長。（2）RTU模式當控制器設為在Modbus網(wǎng)絡上以RTU（遠程終端單元）模式通信時，在消息中的每個字節(jié)以8個bit發(fā)送。這種方式的主要優(yōu)點是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。傳輸模式（Modbus的2種變種）控制器能設置為Modbus消息幀格式（1）ASCII幀使用ASCII模式，消息以冒號’:’字符（ASCII碼3AH）開始，以回車換行符結束（ASCII碼0DH，0AH），其它域可以使用的傳輸字符是”0...9，A...F”。

網(wǎng)絡上的設備不斷偵測’:’字符，當有一個’:’接收到時，每個設備都解碼下個域（地址域）來判斷是否發(fā)給自己的。消息中字符間發(fā)送的時間間隔最長不能超過1秒，否則接收的設備將認為是傳輸錯誤。一個典型的ASCII模式消息幀如下所示：起始位設備地址功能代碼數(shù)據(jù)LRC校驗結束符1個字符2個字符2個字符n個字符2個字符2個字符Modbus消息幀格式（1）ASCII幀Modbus消息幀格式Modbus消息幀格式Modbus消息幀格式2）RTU幀使用RTU模式，兩個連續(xù)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀之間至少要有3.5個字符的停頓時間間隔。傳輸?shù)牡谝粋€域是設備地址。網(wǎng)絡設備不斷偵測網(wǎng)絡總線上的有效數(shù)據(jù)和停頓間隔時間，當?shù)谝粋€域（地址域）接收到，每個設備都進行解碼以判斷是否發(fā)往自己的。如果發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀，間隔時間小于3.5個字符時間又發(fā)送第二個數(shù)據(jù)幀，那么接收站點就會誤認為它們是同一個數(shù)據(jù)幀，從而造成接受數(shù)據(jù)混亂。一個典型的RTU模式消息幀如下所示。起始位設備地址功能代碼數(shù)據(jù)CRC校驗結束符28Bit8Bit8Bitn個8Bit16Bit28BitModbus消息幀格式2）RTU幀Modbus消息幀格式Modbus消息幀格式Modbus差錯控制標準的Modbus網(wǎng)絡有兩種錯誤校驗方法。錯誤校驗域的內(nèi)容視所選的校驗方法而定。（1）ASCII當選用ASCII模式作字符幀，錯誤校驗域包含兩個ASCII字符。這是使用LRC（縱向冗長校驗）方法對消息內(nèi)容計算得出的，不包括開始的冒號符及回車換行符。LRC字符附加在回車換行符前面。（2）RTU當選用RTU模式作字符幀，錯誤校驗域包含一個16Bits值。錯誤校驗域的內(nèi)容是通過對消息內(nèi)容進行CRC（循環(huán)冗長校驗）方法得出的。CRC域附加在消息的最后，添加時先是低字節(jié)然后是高字節(jié)，故CRC的高位字節(jié)是發(fā)