MODBUS TCPIP協議規範詳細介紹

2022-08-21 17:54:02 字數 3665 閱讀 1798

modbus/tcp處理兩種情況。連線在網路協議層很容易被辨認,單一的連線可以支援多個獨立的事務。此外,tcp允許很大數量的併發連線,因而很多情況下,在請求時重新連線或復用一條長的連線是發起者的選擇。

熟悉modbus的開發者會感到驚訝:為什麼面向連線tcp協議比面向資料報的udp要應用廣泛。主要原因是通過封裝獨立的「事務」在乙個連線中,此連線可被識別,管理和取消而無須請求客戶和伺服器採用特別的動作。

這就使程序具有對網路效能變化的適應能力,而且容許安全特色如防火牆和**可以方便的新增。

類似的推理被最初的全球資訊網的開發者所採用,他們選用tcp及埠80去實現乙個作為單一事務的最小的環球網詢問。

2.2 資料編碼

modbus 採用「big-endian」來表示位址和資料物件。

這就意味著當乙個數字表示的數量大於所傳輸的單一位元組,最大有效位元組將首先被傳送。例如:

2.3參考編號的解釋

modbus將其資料模型建立在一系列具有不同特徵的表的基礎之上。這四個基本表如下

l 離散輸入單位元,由i/o系統提供,唯讀

l 離散輸出單位元,由應用程式更改,讀寫

l 輸入暫存器 16位元,數值,由i/o系統提供 ,唯讀

l 輸出暫存器 16位元,數值,由應用程式更改,讀寫

輸入和輸出之間以及可定址位和可定址**的資料物件之間的差別並不意味著任何應用效能的不同。如果這是我們所討論的目標機械的最自然的解釋,那麼認為所有的四個基本表是相互覆蓋的看法也是非常普通而完全可以接受的。

對於每乙個基本表,協議允許單獨選擇65536個資料物件中的任何乙個,而且對那些物件的讀寫操作可以跨越多個連續的資料物件,直到達到基於處理事務功能**的資料大小限制。

這兒沒有假定資料物件代表一種真正鄰接的資料陣列,而這是大多數簡單plc』s的解釋。

「讀寫常用參考」功能**被定義為攜帶32位的參考值並且能允許在「非常」大的空間裡可以直接訪問資料物件。現在沒有可以利用這一特點的plc裝置。

乙個易造成混亂的潛在**是用於modbus功能的參考值和用於modicon plc』s的「暫存器值」之間的關係。由於歷史原因,使用者參考值使用從1開始的十進位制數表示。而modbus採用更普通的從0開始的無符號整數進行軟體資料整理分析。

於是,請求從0讀取暫存器的modbus訊息將已知值返回建立在暫存器4:00001(儲存型別4=輸出暫存器,參考值00001)中的應用程式。

2.4隱含長度基本原則

所有的modbus 請求和響應都被設計成在此種方法下工作,即接收者可確認訊息的完整性。對於請求和響應為固定長度的功能**,僅傳送功能**就足夠了。對於在請求和響應中攜帶不定長資料的功能**,資料部分前將加上乙個位元組的資料統計。

當 modbus通過tcp運送,字首中攜帶附加的長度資訊以便接收者識別訊息的邊界,甚至訊息被分成若干組進行傳輸。外在的和隱含的長度準則的存在,以及 crc-32檢錯**(乙太網)的使用使請求和響應訊息中發生未被識別的錯誤的機率減至無限小。

3. 一致性等級概述

當從草稿開始定義一種新的協議,有可能加強編碼方式和闡述的一致性。modbus由於其先進的特性,已經在很多地方得到了實施,必須避免破壞它已經存在的實施。

因此,已經存在的成套的處理型別被劃分出一致性等級:等級0代表普遍使用且總體上一致的功能;等級2代表有用的功能,但帶有某些特性。現存裝置的不適應於互用性的功能也已確認。

必須注意到,將來對該標準的擴充將定義附加的功能**來處理現存事實標準不適用的情形。然而,被提議擴充的詳細資料出現在本手冊中將會另人誤解。通過將**「隨機的」傳送或者即便是通過檢查異常響應的型別來確定特別的目標裝置是否支援特別的功能**總是可能的,而且該方法將保證引入這些擴充的現使用的 modbus裝置的連續的互用性。

事實上,這就是當前功能**的分級原則。

3.1等級0

這是最小的有用功能,對主站和從站來說。

讀乘法暫存器 (fc 3)

寫乘法暫存器 (fc 16)

3.2等級 1

這是附加的被普遍實現的和能共同使用的成套功能,正如前面介紹過的,許多從站把輸入,輸出,離散值和暫存器值作為同等的進行處理。

l 讀線圈 (fc 1)

l 讀離散輸入 (fc 2)

l 讀暫存器輸入 (fc 4)

l 寫線圈 (fc 5)

l 寫單一暫存器 (fc 6)

l 讀異常狀態字 (fc 7)

此功能對於每乙個從站系列顯然具有不同的含義。

3.3等級 2

這些是需要hmi和管理等例行操作的資料傳送功能。

l 強制型多路線圈 (fc 15)

l 讀一般參考值 (fc 20)

該功能可以處理併發的多個請求,而且能接收32位的參考數值。當前的584和984plc』s僅使用此功能接收型別6的參考值(擴充套件的暫存器檔案)。

該功能最適於擴充以處理大的暫存器空間和缺少諸如「未定位」變數的參考值的資料物件。

l 寫一般參考值 (fc 21)

此功能可以處理併發的多個請求,也可接收32位的參考數值。當前的584和984plc』s僅使用此功能接收型別6的參考值(擴充套件的暫存器檔案)。

該功能最適於擴充以處理大的暫存器空間和缺少諸如「未定位」變數的參考值的資料物件。

l 掩膜寫暫存器 (fc 22)

l 讀/寫暫存器 (fc 23)

此功能把一定範圍的暫存器輸入和輸出當作單一的處理事務。使用modbus是執行規則的帶有i/o模組的狀態影象交換的最好辦法。

如此,高效能的通用的資料採集裝置可以執行功能3,16和23,從而把快捷的資料規則交換(23)和執行特殊資料物件的需求詢問或更新的能力結合起來(3和16)。

l 讀fifo佇列 (fc 24)

乙個有點專用的功能,打算將表結構的資料象fifo(用到584/984上的fin和fout功能模組)一樣傳送到主機。對於某種事件錄入軟體很有用。

3.4機器/廠家/網路的特殊功能

以下所有的功能,雖然在modbus協議手冊中提到,但由於它們有很強的機器依賴性,因而不適於互用性的目的。

l 診斷 (fc 8)

l 程式設計 (484) (fc 9)

l 輪詢 (484) (fc 10)

l 獲取通訊事件計數器值(modbus) (fc 11)

l 獲取通訊事件記錄(modbus) (fc 12)

l 程式設計 (584/984) (fc 13)

l 輪詢(584/984) (fc 14)

l 通告從站 id (fc 17)

l 程式設計 (884/u84) (fc 18)

l 恢復通訊連線 (884/u84) (fc 19)

l 程式設計 (原理) (fc 40)

l 韌體置換 (fc 125)

l 程式設計 (584/984) (fc 126)

l 通告本地位址 (modbus) (fc 127)

4. 協議結構

本部分闡述了通過modbus/tcp網路攜帶的modbus請求和或響應封裝的一般格式。必須注意到請求和響應本體(從功能**到資料部分的末尾)的結構和其它modbus變數具有完全相同的版面格式和含義,如:

modbus 串列埠 - ascii 編碼

modbus 串列埠 - rtu (二進位制) 編碼

modbus plus 網路 – 資料通道

這些其它案例僅在組幀次序,檢錯模式和位址描述等格式有所不同。

所有的請求通過tcp從暫存器埠502發出。 請求通常是在給定的連線以半雙工的方式傳送。也就是說,當單一連線被響應所占用,就不能傳送其它的請求。

有些裝置採用多條tcp連線來維持高的傳輸速率。

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