现场总线控制系统（FCS）系列：Schneider Electric Modbus_（1）.Modbus通讯协议基础.docx

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Modbus通讯协议基础

1.Modbus简介

Modbus是一种基于主从（或客户服务器）模式的通信协议，最初由施耐德电气的子公司Modicon在1979年开发，用于连接工业电子设备。Modbus协议简单、可靠，被广泛应用于各种工业自动化设备中，尤其是在PLC（可编程逻辑控制器）和其他现场设备之间的通信。Modbus协议支持多种物理层接口，如RS-232、RS-485和以太网，使其具有高度的灵活性和适应性。

1.1Modbus的历史

Modbus协议最初是为了解决远程I/O设备之间的通信问题而设计的。随着时间的推移，Modbus协议不断发展，引入了多种变体，包括ModbusRTU、ModbusASCII和ModbusTCP/IP。这些变体分别适用于不同的物理层接口和网络环境，使得Modbus成为一种通用的通信协议，广泛应用于各种工业控制系统中。

1.2Modbus的特点

简单易用：Modbus协议结构简单，易于理解和实现。

开放标准：Modbus是一种开放标准，无需支付专利费用即可使用。

广泛支持：Modbus协议被大多数工业设备制造商支持，具有广泛的互操作性。

灵活的物理层：支持多种物理层接口，如RS-232、RS-485和以太网。

主从模式：采用主从模式，主设备发起通信请求，从设备响应请求。

2.Modbus通信模式

Modbus通信模式主要分为两种：主从模式（Master-Slave）和客户服务器模式（Client-Server）。这两种模式在不同的应用场景中各有优势。

2.1主从模式

在主从模式中，网络中只有一个主设备，可以有多个从设备。主设备负责发起通信请求，从设备根据请求进行响应。主设备可以是PLC、计算机或其他控制设备，从设备通常是I/O模块、传感器等现场设备。

2.1.1通信过程

主设备发送请求：主设备向从设备发送请求报文，请求报文中包含从设备的地址、功能码、数据地址和数据长度等信息。

从设备接收请求：从设备接收到请求报文后，解析报文中的信息。

从设备处理请求：从设备根据功能码和数据地址执行相应的操作，如读取寄存器数据、写入寄存器数据等。

从设备发送响应：从设备将处理结果封装成响应报文，发送回主设备。

主设备接收响应：主设备接收到响应报文后，解析响应报文中的数据。

2.2客户服务器模式

在客户服务器模式中，网络中可以有多个客户设备和多个服务器设备。客户设备可以向任意一个服务器设备发送请求，服务器设备根据请求进行响应。这种模式通常用于ModbusTCP/IP网络中。

2.2.1通信过程

客户设备发送请求：客户设备向服务器设备发送请求报文，请求报文中包含服务器设备的IP地址、端口号、功能码、数据地址和数据长度等信息。

服务器设备接收请求：服务器设备接收到请求报文后，解析报文中的信息。

服务器设备处理请求：服务器设备根据功能码和数据地址执行相应的操作，如读取寄存器数据、写入寄存器数据等。

服务器设备发送响应：服务器设备将处理结果封装成响应报文，发送回客户设备。

客户设备接收响应：客户设备接收到响应报文后，解析响应报文中的数据。

3.Modbus数据帧格式

Modbus数据帧格式分为两种：ModbusRTU和ModbusASCII。这两种格式在数据传输方面有所不同，但都遵循相同的通信原理。

3.1ModbusRTU帧格式

ModbusRTU帧格式是一种二进制格式，适用于串行通信接口，如RS-232和RS-485。RTU帧格式紧凑且高效，适合高速传输。

3.1.1帧结构

地址域：1字节，表示从设备的地址。

功能码：1字节，表示请求或响应的功能。

数据域：可变长度，包含具体的数据。

校验域：2字节，用于校验数据帧的完整性，常用CRC（循环冗余校验）。

结束标志：至少3.5个字符时间的静默期。

3.1.2示例

假设主设备向从设备发送一个读取多个寄存器的请求，从设备地址为1，功能码为3，起始寄存器地址为0x0000，寄存器数量为10。

#主设备发送请求

request=[

0x01,#从设备地址

0x03,#功能码（读取多个寄存器）

0x00,0x00,#起始寄存器地址

0x00,0x0A,#寄存器数量

0x04,0x1B#CRC校验码

]

#从设备接收并解析请求

slave_address=request[0]

function_code=request[1]

start_address=(request[2]8)|request[3]

register_count=(request[4]8)|requ