- 艾寶物聯(lián)IOBOV? ─ 工業(yè)無線測控專家
Modbus是領(lǐng)先的工業(yè)開放式控制協(xié)議。該幫助頁面將討論一些基本概念并糾正一些常見的誤解，但不提供協(xié)議本身的詳細(xì)描述。
Modbus有幾種不同的類型，具體取決于運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)。
MBLogic使用Modbus / TCP。
與大多數(shù)通信協(xié)議一樣，Modbus使用客戶端/服務(wù)器類型協(xié)議。這有時(shí)也稱為主/從。“主”與“客戶”是同一個(gè)東西，而“奴隸”與“服務(wù)器”是同一個(gè)東西。主/從術(shù)語起源于工業(yè)，而客戶/服務(wù)器術(shù)語起源于計(jì)算機(jī)行業(yè)。不同的術(shù)語是由于它們?nèi)绾伪粦?yīng)用的歷史差異而產(chǎn)生的，但計(jì)算機(jī)行業(yè)術(shù)語在很大程度上取代了工業(yè)術(shù)語，因?yàn)楣I(yè)界采用了更多現(xiàn)成的計(jì)算機(jī)技術(shù)。通常，客戶端是PLC或控制器，而服務(wù)器是現(xiàn)場設(shè)備，例如閥組或傳感器塊。
“客戶端”向“服務(wù)器” 發(fā)送請求。服務(wù)器對該請求進(jìn)行解碼，并發(fā)送回一個(gè)響應(yīng)與請求的數(shù)據(jù)或確認(rèn)。這與其他常用協(xié)議的工作原理相同。
例如，當(dāng)您使用Web瀏覽器在Internet上查看網(wǎng)頁時(shí)，Web瀏覽器會向Web服務(wù)器發(fā)送“頁面請求”。Web服務(wù)器對請求進(jìn)行解碼，并將網(wǎng)頁作為“響應(yīng)”發(fā)回。您的電子郵件客戶端程序以相同的方式從郵件服務(wù)器提取您的電子郵件。
Modbus消息包括所謂的單元ID。單元ID是0到255之間的數(shù)字，用于標(biāo)識RS-232或RS-485網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器（或從站）地址。為每個(gè)服務(wù)器（從站）分配一個(gè)“從站ID”號，并在單元ID字段中偵聽包含該號碼的消息。
Modbus / TCP在其消息中也有單元ID，但以太網(wǎng)TCP / IP地址用于決定實(shí)際傳送消息的位置。許多或大多數(shù)服務(wù)器設(shè)備將忽略設(shè)備ID。但是，有些人會使用單元ID來決定是否將消息轉(zhuǎn)發(fā)出內(nèi)置串行端口。此消息轉(zhuǎn)發(fā)允許較舊的RS-485設(shè)備用于較新的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。但是，只有少數(shù)設(shè)備才支持此功能。
當(dāng)Modbus消息發(fā)送請求時(shí)，它包括消息ID 號。這是0到65,535之間的數(shù)字。對于每個(gè)請求，此數(shù)字通常由客戶端遞增（并且當(dāng)它溢出時(shí)允許再次翻轉(zhuǎn)到0）。此消息ID由服務(wù)器回顯。客戶端可以使用此消息ID號來確定是否有任何消息在傳輸中丟失或延遲。
當(dāng)通過RS-232或RS-585網(wǎng)絡(luò)使用時(shí)，必須為所有設(shè)備正確設(shè)置通常的串行通信參數(shù)，如波特率，奇偶校驗(yàn)，停止位等。這里不討論這些參數(shù)的設(shè)定。請參閱供應(yīng)商文檔以獲取詳細(xì)信
通過以太網(wǎng)使用時(shí)，Modbus / TCP不需要設(shè)置波特率或其他類似參數(shù)。但是，它確實(shí)需要使用正確的 IP地址和端口號。
“IP地址”是發(fā)送消息的設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址。網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)設(shè)備都必須具有唯一的IP地址。可能的IP地址數(shù)量非常大（數(shù)十億個(gè)地址）。
除IP地址外，還需要“端口號”。以太網(wǎng)“端口號”不是指物理連接器。端口號是在設(shè)備中的操作系統(tǒng)或固件使用的以太網(wǎng)報(bào)頭中發(fā)送的號碼，用于確定應(yīng)將消息發(fā)送到哪個(gè)程序。這允許多個(gè)程序共享同一個(gè)以太網(wǎng)適配器而不會發(fā)生沖突。當(dāng)客戶端發(fā)送消息時(shí)，它發(fā)送它指定一個(gè)特定的端口號。當(dāng)服務(wù)器收到消息時(shí)，操作系統(tǒng)或固件將查看端口號并將消息路由到正確的程序。
當(dāng)服務(wù)器程序啟動時(shí)，它將“綁定到端口”。這只是意味著它會要求為操作系統(tǒng)分配一個(gè)特定的端口號。任何時(shí)候只有一個(gè)服務(wù)器可以綁定到同一個(gè)端口號。如果端口號已被其他程序使用，則不允許新服務(wù)器程序使用它，并且將遇到錯(cuò)誤。當(dāng)服務(wù)器程序關(guān)閉時(shí)，它釋放了端口的使用。然后，在允許再次使用該端口號之前，操作系統(tǒng)將等待一定的超時(shí)時(shí)間（標(biāo)準(zhǔn)為70秒）。
Modbus / TCP的“標(biāo)準(zhǔn)”端口號是端口502.就協(xié)議本身而言，它使用的端口號是完全透明的。Modbus協(xié)議消息本身不發(fā)送端口號。但是，端口502按慣例被識別為要使用的標(biāo)準(zhǔn)端口號，因此大多數(shù)現(xiàn)場設(shè)備將在端口502上進(jìn)行偵聽。但是，可以在備用端口號上運(yùn)行Modbus / TCP，前提是所有參與通信可以配置為使用備用端口。
Modbus使用數(shù)據(jù)表的概念來引用數(shù)據(jù)。使用PLC的任何人都應(yīng)該熟悉數(shù)據(jù)表。數(shù)據(jù)表是用于存儲數(shù)據(jù)的數(shù)組或內(nèi)存塊。使用數(shù)據(jù)表地址引用數(shù)據(jù)。Modbus數(shù)據(jù)表地址有四種類型。
除了布爾和整數(shù)的本機(jī)數(shù)據(jù)類型之外，還可以通過在多個(gè)寄存器上分割數(shù)據(jù)來在Modbus數(shù)據(jù)表中存儲大整數(shù)，浮點(diǎn)數(shù)和字符串。但是，Modbus不提供任何直接支持，因此用戶負(fù)責(zé)將值拆分并將它們存儲在不同的位置。
Modbus數(shù)據(jù)表地址只是整數(shù)。每種地址類型（離散輸入，線圈，輸入寄存器，保持寄存器）都有自己編號的地址集。例如，離散輸入42和線圈42是兩個(gè)單獨(dú)的地址。
Modbus區(qū)分協(xié)議地址和 數(shù)據(jù)模型地址。協(xié)議中使用的地址編號為0到65,535。但是，供應(yīng)商文檔的編號可能為1到65,536。本文檔將引用協(xié)議地址（即第一個(gè)地址為0）。
雖然每種類型的地址可能有65,536個(gè)，但在特定設(shè)備（傳感器塊，閥組，PLC等）中實(shí)際實(shí)現(xiàn)的地址數(shù)量通常要少得多。每個(gè)設(shè)備設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)決定對其應(yīng)用程序有意義的內(nèi)容。然后，他們通常會為其設(shè)備提供“存儲器映射”或地址列表，列出實(shí)施的地址以及每個(gè)地址的功能。
也可以“覆蓋”地址類型。也就是說，可以設(shè)計(jì)一種設(shè)備，使得幾種不同的地址類型都指向相同的物理存儲器位置。例如，可以使保持寄存器10和輸入寄存器10都是相同的存儲位置。在這種情況下，如果您要寫入保持寄存器10，該值也將出現(xiàn)在輸入寄存器10中。這同樣適用于線圈和離散輸入。
以同樣的方式，可以在寄存器中包裝線圈和離散輸入。例如，線圈0至15可以被包裝在保持寄存器0中，線圈16至31被包裝在保持寄存器1中，等等。這將允許多個(gè)線圈被讀取（或?qū)懭耄┳鳛樽帧?/font>
盡管可以疊加數(shù)據(jù)類型并將線圈封裝到寄存器中，但實(shí)際上并不常見。
根據(jù)Modbus標(biāo)準(zhǔn)，地址只是從0到65,535的整數(shù)，不同的地址范圍被稱為線圈，保持寄存器等。但是，一些供應(yīng)商將使用數(shù)字前綴來記錄其硬件，這些前綴實(shí)際上不是Modbus地址的一部分。 。這源于一些使用Modbus通信協(xié)議的PLC模型，并且在其內(nèi)部數(shù)據(jù)表中也使用了數(shù)字前綴。這類似于使用“I”，“Q”，“V”等作為IEC類型PLC中的地址前綴。
但是，重要的是要記住這些數(shù)字前綴是文檔方法，并不是 Modbus協(xié)議本身作為消息的一部分發(fā)送的部分。文檔方法的不同不會影響協(xié)議本身的兼容性。
這些前綴是在Modbus標(biāo)準(zhǔn)中的任何地方提到的，但以下顯示了它們?nèi)绾卧诨谶@個(gè)較舊的約定的文檔中使用：
請注意，沒有2xxxx地址前綴。
除了數(shù)字前綴之外，一些文檔將引用協(xié)議地址（地址從0開始），而其他文檔將引用數(shù)據(jù)模型地址（地址從1開始）。也就是說，第一個(gè)保持寄存器可以是0或1（或40000對40001使用前綴）。但是，這與作為Modbus消息通過線路發(fā)送的內(nèi)容無關(guān)。對于Modbus協(xié)議消息，最低地址始終為“0”，而不是“1”。
本文檔在使用Modbus協(xié)議尋址時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)Modbus術(shù)語和地址，沒有前綴或偏移。但是，如果您正在閱讀傳感器塊，閥門和其他設(shè)備的文檔，則必須記住某些供應(yīng)商可能以不同方式記錄其硬件。
Modbus命令稱為功能。函數(shù)只是讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)表地址的命令。功能是諸如1,2,3,4等的數(shù)字。例如，功能“1”將讀取一個(gè)或多個(gè)線圈。功能“15”將寫入一個(gè)或多個(gè)線圈。所有功能代碼都被定義為Modbus標(biāo)準(zhǔn)的一部分，但實(shí)際在任何特定設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的功能取決于設(shè)備設(shè)計(jì)者。例如，閥組可以僅實(shí)現(xiàn)用于寫入線圈的功能，因?yàn)檫@是該設(shè)備所必需的。
最常見的功能如下所示。Modbus標(biāo)準(zhǔn)中定義了許多其他功能，但這些功能是最常遇到的功能。
讀取或?qū)懭攵鄠€(gè)地址的Modbus功能也需要數(shù)量參數(shù)。“quantity”參數(shù)指定要讀取或?qū)懭氲倪B續(xù)地址的數(shù)量。
modbus協(xié)議指定一次可以讀取或?qū)懭氲淖畲蟮刂窋?shù)。這將在單個(gè)命令中必須傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量限制為不超過255個(gè)字節(jié)。對于讀取命令，限制是2000個(gè)線圈或離散輸入或125個(gè)寄存器。對于寫命令，限制是1968個(gè)線圈或123個(gè)寄存器。
當(dāng)服務(wù)器收到Modbus消息時(shí)，將對其進(jìn)行分析以查看所有參數(shù)是否正確。如果一切正常，服務(wù)器將發(fā)送響應(yīng)。此響應(yīng)可能包含數(shù)據(jù)，也可能只是確認(rèn)收到了消息。
但是，如果有任何錯(cuò)誤，服務(wù)器可能會執(zhí)行以下兩種操作之一。如果消息根本無法解碼（例如，存在錯(cuò)誤的校驗(yàn)和），則簡單地丟棄該消息。如果消息可以被解碼但是一個(gè)或多個(gè)參數(shù)不正確（例如，嘗試讀取不存在的地址），則服務(wù)器將發(fā)送包含故障代碼的響應(yīng)。故障代碼只是請求中添加了128的功能代碼。
例如，如果客戶端發(fā)送包含錯(cuò)誤的功能3（讀取保持寄存器）的請求，則服務(wù)器將以131（3 + 128 = 131）的故障代碼進(jìn)行響應(yīng)。
除了故障代碼之外，服務(wù)器還將返回一個(gè)異常代碼，該代碼提供有關(guān)錯(cuò)誤的更多詳細(xì)信息。為每個(gè)函數(shù)單獨(dú)定義異常代碼，但對于大多數(shù)常見函數(shù)，以下內(nèi)容將適用：