Modbus协议详解

Modbus是OSI模型第7层上的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。目前，可以通过下列三种方式实现Modbus通信：

以太网上的TCP/IP；

各种介质（有线：EIA/TIA-232-F、EIA-422、EIA/TIA-485-A；光纤、无线等）上的异步串行传输；

Modbus PLUS，一种高速令牌传递网络。

作为中国国家标准的“基于Modbus协议的工业自动化网络规范”在描述Modbus应用协议的基础上，提供了Modbus应用协议在串行链路和TCP/IP上的实现指南。

Modbus 通信线

Modbus数据单元
　　Modbus协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDU），特定总线或网络上的Modbus协议映射能够在应用数据单元（ADU）上引入一些附加域。启动Modbus事务处理的客户机创建Modbus PDU，其中的功能码向服务器指示将执行哪种操作，功能码后面是含有请求和响应参数的数据域。

通用Modbus帧

当Modbus应用在串行链路上时，Modbus ADU的地址域只含有从站地址，而差错校验码是根据报文内容执行“冗余校验”计算的结果，根据使用的传输模式（RTU或ASCII）采用不同的计算方法。

串行链路上的Modbus帧

当Modbus应用在TCP/IP上时，将使用一种专用报文头——MBAP报文头（Modbus应用协议报文头）来识别Modbus应用数据单元。

TCP/IP上的Modbus帧

Modbus标准功能码

Modbus协议定义了三种功能码：

公共功能码：被确切定义的、唯一的功能码，由Modbus-IDA组织确认、可进行一致性测试且已在MB IETF RFC中归档
　　用户定义的功能码：用户无需Modbus-IDA组织的任何批准就可以选择和实现的功能码，但是不能保证被选功能码的使用是唯一的
　　保留功能码：某些公司在传统产品上现行使用的功能码，不作为公共使用。
　　公共功能码定义如下表所示。

　　Modbus通信原理

Modbus是一种简单的客户机/服务器型应用协议，其通信遵循以下的过程：

客户端准备请求并向服务器发送请求；
　　服务器分析并处理客户端的请求，然后向客户端发送结果；
　　如果出现任何差错，服务器将返回一个异常功能码。

Modbus事务处理

统一的标准

Modbus串行链路、Modbus PLUS和Modbus TCP/IP使用的是一种统一的应用协议，因而使得信息从一个网络传输到另一个网络而不需改变通讯协议成为了可能。

当Modbus在TCP/IP上实施时，用户还可以从IP路由功能中得益，使得分布于世界任何地方的设备之间都可以进行通讯。施耐德电气还提供了全套的网关，用于实现Modbus TCP/IP网络与现有的Modbus PLUS 或Modbus串行链路网络之间的互连。

IANA委员会给施耐德电气公司分配了已为大家熟知的TCP 502端口，以专为Modbus协议保留。由此可见，Modbus协议现在已经成为Internet标准。Modbus和Modbus TCP/IP也被IEC 61158国际标准承认为一种现场总线，同时它们还是由ITEI管理的中国国家标准。

Modbus拥有著名的TCP端口502
　　Modbus TCP/IP是唯一个被分配到互联网端口的工业以太网专题>工业以太网协议！
　　23 -Telnet 远程登录协议
　　21 -FTP 文件传输协议
　　161 -SNMP 简单网络管理协议
　　25 -SMTP 简单邮件传输协议
　　53 -DNS 域名解析服务
　　110 -POP3 邮局协议
　　80 -HTTP 超文本传输协议
　　67 -BOOTPS 引导程序协议服务器
　　502 -Modbus MODBUS TCP端口

简单而且开放

Modbus应用协议非常简单并且已经得到普遍的认可，很多制造商都开发了对Modbus TCP/IP连接的支持。Modbus TCP/IP的简单性使得任何小型的现场设备，例如I/O组件，都可以通过以太网进行通讯，而不需要配备功能强大的微处理器或大容量的内存。

Modbus TCP/IP —— 高性能

由于结合了Modbus协议的简单性和100 M 以太网的高速度，Modbus TCP/IP展现了卓越的性能，这意味着将这种网络应用在实时性要求很高的场合，如I/O扫描，是可行的。

Modbus通信透明性

Modbus协议可以方便地在各种网络体系结构内进行通信，每种设备（PLC、HMI、控制面板、变频器、运动控制、I/O设备等）都能使用Modbus协议来启动远程操作，同样的通信能够在串行链路和TCP/IP以太网网络上进行，而网关则能够实现各种使用Modbus协议的总线或网络之间的通信。由此可见，Modbus协议实现了全方位的通信透明。

Modbus通信全透明