三旺modbus培训

1、三旺Modbus培训深圳市三旺通信技术有限公司 http:/ 概概 述述1Modbus Modbus 协议规范协议规范2ModbusModbus协议在串行链路上的实现协议在串行链路上的实现3ModbusModbus协议在协议在TCP/IPTCP/IP上的实现上的实现4ModbusModbusGateGate5ModbusModbus测试测试6ModbusModbus相关资料相关资料7 概概 述述1ModbusModbus是是MODICONMODICON公司于公司于19791979年开发的一种通讯协议，是一年开发的一种通讯协议，是一种工业现场总线协议标准。种工业现场总线协议标准。19961996

2、年施耐德公司推出了基于以年施耐德公司推出了基于以太网太网TCP/IPTCP/IP的的ModbusModbus协议协议ModbusTCPModbusTCP。ModbusModbus协议是一项应用层报文传输协议，包括协议是一项应用层报文传输协议，包括ASCIIASCII、RTURTU、TCPTCP三种报文类型，协议本身并没有定义物理层，只是定义三种报文类型，协议本身并没有定义物理层，只是定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管他们是经过何了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管他们是经过何种网络进行通信的。种网络进行通信的。标准的标准的ModbusModbus协议物理层接口有协议物理层接口有R

3、S232RS232、RS422RS422、RS485RS485和以和以太网口。采用太网口。采用Master/SlaveMaster/Slave（主（主/ /从）方式通信。从）方式通信。ModbusModbus在在20042004年成为我国国家标准。年成为我国国家标准。ModbusModbus简介简介Modbus Modbus 协议规范协议规范2 Modbus 应用层 在 TCP/IP 上的 Modbus 映射 TCP/IP IETF RFC 793 IP IETF RFC 791 Ethernet II /802.3 IEEE 802.2 以太网物理层 TIA/EIA-232-F 串行链路主站

4、/从站 TIA/EIA-485-A Modbus 协议在 TCP/IP 上的实现指南 Modbus应用协议规范 Modbus 协议在串行链路上的实现指南 ModbusModbus技术规范的关系技术规范的关系ModbusModbus应用协议应用协议 ModbusModbus是一种简单客户机是一种简单客户机/ /服务器应用协议服务器应用协议v 客户机能够向服务器发送请求。客户机能够向服务器发送请求。v 服务器分析请求，处理请求，向客户机发送应答。服务器分析请求，处理请求，向客户机发送应答。ModbusModbus协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据

5、单元（据单元（PDUPDU），特定总线或网络上的），特定总线或网络上的ModbusModbus协议映射协议映射能够在应用数据单元（能够在应用数据单元（ADUADU）上引入一些附加域。）上引入一些附加域。 附加地址 功能码 数据 差错校验 ADU PDU ModbusModbus帧结构：帧结构：协议数据单元协议数据单元(PDU)(PDU)ModbusModbus事务处理（无差错）事务处理（无差错）v 当服务器对客户机响应时，它使用功能码域来指示正常当服务器对客户机响应时，它使用功能码域来指示正常（无差错）响应或者出现某种差错（称为异常响应）。（无差错）响应或者出现某种差错（称为异常响应）。v 对

6、于一个正常响应来说，服务器仅复制原始功能码。对于一个正常响应来说，服务器仅复制原始功能码。 功能码功能码 数据请求数据请求 客户机 服务器 启动请求启动请求 执行操作执行操作 启动响应启动响应 接收响应接收响应 功能码功能码 数据响应 ModbusModbus事务处理（异常响应）事务处理（异常响应）v 对于异常响应，服务器将原始功能码的最高有效对于异常响应，服务器将原始功能码的最高有效位设置逻辑位设置逻辑1 1后返回。后返回。v 异常码指示差错类型。异常码指示差错类型。 客户机 服务器 启启动动请请求求 在在操操作作中中检检测测差差错错 启启动动差差错错 异异常常功功能能码码 接接收收响响应应

7、 异异常常码码 功功能能码码 数数据据请请求求 ModbusModbus协议在串行链路上的实现模型协议在串行链路上的实现模型v 主要是在主要是在RS485RS485和和RS232RS232等物理接口上实现等物理接口上实现ModbusModbus协议。协议。v 在在ModbusModbus链路层上客户机的功能由主站提供而服务器的链路层上客户机的功能由主站提供而服务器的功能由从站实现。功能由从站实现。层ISO/OSI 模型 7应用层Modbus应用协议6表示层空5会话层空4传输层空3网络层空2数据链路层Modbus串行链路协议 1物理层EIA/TIA-485 (或 EIA/TIA232) EIA/

8、TIA-485 (或 EIA/TIA-232) Modbus 主站/从站 Modbus 应用协议层 客户机/服务器 ModbusModbus协议在串行链路上的实现协议在串行链路上的实现3ModbusModbus主站主站- -从站协议原理从站协议原理v ModbusModbus串行链路协议是一个主串行链路协议是一个主- -从协议。在同一时刻，只有从协议。在同一时刻，只有一个主节点连接与总线，一个或多个子节点（最大编号为一个主节点连接与总线，一个或多个子节点（最大编号为247247）连接于同一串行总线。）连接于同一串行总线。v ModbusModbus通信由主节点发起，子节点在没有收到来自主节点的

9、通信由主节点发起，子节点在没有收到来自主节点的请求时，从不会发送数据。请求时，从不会发送数据。v 子节点之间互不通信。子节点之间互不通信。v 主节点在同一时刻只会发起一个主节点在同一时刻只会发起一个ModbusModbus事务处理。事务处理。v 主节点以两种模式对子节点发送主节点以两种模式对子节点发送ModbusModbus请求：广播、单播。请求：广播、单播。主站工作状态图主站工作状态图从站工作状态图从站工作状态图主主/ /从通信的三种典型情况从通信的三种典型情况串行链路上的串行链路上的ModbusModbus地址规则地址规则v ModbusModbus寻址空间有寻址空间有256256个不同地

10、址个不同地址v 地址地址0 0为广播地址为广播地址v ModbusModbus主节点没有地址，子节点必须有一个唯一的地址主节点没有地址，子节点必须有一个唯一的地址01247248255广播地址子节点单独地址保留串行链路上的串行链路上的ModbusModbus帧结构帧结构v M Modbusodbus串行链路协议是一个主串行链路协议是一个主/ /从协议从协议v 网络上的每个从站必须有唯一的地址（从网络上的每个从站必须有唯一的地址（从1 1到到247247）v 从站地址用于寻址从站设备，由主站发起从站地址用于寻址从站设备，由主站发起v 地址地址0 0用于广播模式，不需要响应用于广播模式，不需要响应

11、v RS-485RS-485和和RS-232 RS-232 定义了标准的物理端口，提高互可操作性定义了标准的物理端口，提高互可操作性 地址域 功能码 数据 CRC (或 LRC) Modbus 串串行行链链路路 ADU Modbus PDU ModbusModbus串行传输模式串行传输模式1 1：modbusRTUmodbusRTU RTU RTU模式：每个模式：每个8 Bit8 Bit字节包含两个字节包含两个4 Bit4 Bit的十六进制字符的十六进制字符, ,其其优点是在同样的波特率下优点是在同样的波特率下, ,可比可比ASCIIASCII方式传送更多的数据方式传送更多的数据, ,但但是每

12、个信息必须以连续的数据流传输。是每个信息必须以连续的数据流传输。ModbusModbus串行传输模式串行传输模式2 2：modbusASCIImodbusASCIIASCIIASCII模式：模式：消息以冒号（消息以冒号（: :）字（）字（ASCIIASCII码码 3AH3AH）开始，以回）开始，以回车换行符结束（车换行符结束（ASCIIASCII码码 0DH,0AH0DH,0AH）。其它域可以使用的传输）。其它域可以使用的传输字符是十六进制的字符是十六进制的0.9,A.F0.9,A.F。网络上的设备不断侦测。网络上的设备不断侦测“:”:”字符，当有一个冒号接收到时，每个设备都解码下个域（地字符

13、，当有一个冒号接收到时，每个设备都解码下个域（地址域）来判断是否发给自己的。消息中字符间发送的时间间址域）来判断是否发给自己的。消息中字符间发送的时间间隔最长不能超过隔最长不能超过1 1秒，否则接收的设备将认为传输错误。秒，否则接收的设备将认为传输错误。 起始 地址 功能码 数据 LRC 结束 1个 字符 : 2个字符 2个字符 2个字符 2个字符 CR、LF 0至2x252个字符 ModbusModbus串行链路实现的优缺点串行链路实现的优缺点 优点：优点：v 公开的协议，公开的协议，完全免费。完全免费。v 简单易用简单易用，性能稳定。，性能稳定。 v 广泛的知识资源支持广泛的知识资源支持。

14、 缺点：缺点：v 自适应性差，需合理组态。自适应性差，需合理组态。v 通信效率低。通信效率低。ModbusModbus协议在协议在TCP/IPTCP/IP上的实现上的实现4ModbusTCPModbusTCP简介简介v ModbusTCPModbusTCP是运行在是运行在TCP/IPTCP/IP上的上的Modbus Modbus 报文传输协议。通过报文传输协议。通过此协议，控制器相互之间通过网络（例如以太网）和其它设此协议，控制器相互之间通过网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。备之间可以通信。v ModbusTCPModbusTCP是开放的协议，是开放的协议，IANAIANA（Inter

15、net Assigned Internet Assigned Numbers AuthorityNumbers Authority，互联网编号分配管理机构）给，互联网编号分配管理机构）给ModbusModbus协议赋予协议赋予TCPTCP编口号为编口号为502502，这是目前在仪表与自动化行业中，这是目前在仪表与自动化行业中唯一分配到的端口号。唯一分配到的端口号。v ModbusTCP/IPModbusTCP/IP协议模型协议模型ModbusTCPModbusTCP通信结构通信结构v ModbusModbus TCP/IPTCP/IP的通信设备：连接至的通信设备：连接至TCP/IPTCP/IP

16、网络的网络的 ModbusModbus TCP/IPTCP/IP客户机和服务器设备。客户机和服务器设备。 v 互连设备，如：在互连设备，如：在TCP/IPTCP/IP网络和串行链路子网之间互连网络和串行链路子网之间互连的网桥、路由器或网关等设备。的网桥、路由器或网关等设备。 Modbus 客户机 TCP/IP Modbus 服务器 TCP/IP Modbus 服务器 TCP/IP Modbus 服务器 串行链路 Modbus 服务器 串行链路 Modbus 客户机 串行链路 Modbus 客户机TCP/IP Modbus TCP / IP 客客户户机机 TCP/IP 网网关关 服服务务器器 T

17、CP/I 网网关关 Modbus 串串行行链链路路 ModbusTCPModbusTCP数据帧数据帧v ModbusTCPModbusTCP数据帧与串行链路数据帧的区别数据帧与串行链路数据帧的区别MBAPMBAP报文头报文头域长度描述客户机服务器事务处理标识符2字节Modbus请求/响应事务处理的识别客户机启动服务器从接收的请求中重新复制协议标识符2字节0=Modbus协议客户机启动服务器从接收的请求中重新复制长度2字节随后字节的数量客户机启动（请求）服务器（响应）启动单元标识符1字节串行链路或其它总线上连接的远程从站的识别客户机启动服务器从接收的请求中重新复制ModbusTCPModbusT

18、CP报文传输服务结构报文传输服务结构用户应用通讯应用层MODBUS客户接口MODBUS客户接口MODBUS客户机MODBUS服务器TCP管理层栈参数化连接管理访问控制TCP/IP栈资源管理与流量控制通信应用层通信应用层v ModbusModbus客户机：允许用户应用控制与远程设备的信息交换。客户机：允许用户应用控制与远程设备的信息交换。ModbusModbus客户机根据用户应用向客户机根据用户应用向ModbusModbus客户机接口的发送要客户机接口的发送要求中所包含的参数来建立一个求中所包含的参数来建立一个ModbusModbus请求。请求。v ModbusModbus客户机接口：客户机接口

19、：ModbusModbus客户机接口提供一个接口，使客户机接口提供一个接口，使得用户应用能够生成各类得用户应用能够生成各类ModbusModbus服务的请求，该服务包括服务的请求，该服务包括对对ModbusModbus应用对象的访问。应用对象的访问。v ModbusModbus服务器：在收到一个服务器：在收到一个ModbusModbus请求以后，模块激活一请求以后，模块激活一个本地操作进行读、写、或完成其他操作。个本地操作进行读、写、或完成其他操作。TCPTCP管理层管理层 连接管理：连接管理： 在客户机和服务器的在客户机和服务器的ModbusModbus模块之间的通信需要使用模块之间的通信需

20、要使用TCPTCP连接管理模块，负责全面管理报文传输连接管理模块，负责全面管理报文传输TCPTCP连接。连接。 访问控制：访问控制： 在某些至关重要的场合，必须禁止无关的主机对设备在某些至关重要的场合，必须禁止无关的主机对设备内部数据的访问。内部数据的访问。 管理通信的建立和结束以及管理在所建立的管理通信的建立和结束以及管理在所建立的TCPTCP连接上的连接上的数据流。数据流。TCP/IPTCP/IP栈层栈层v 可以对可以对TCP/IPTCP/IP的栈进行参数配置，以适用于不同的产品或的栈进行参数配置，以适用于不同的产品或 系统特定的约束条件，来进行数据流控制、地址管理和连系统特定的约束条件，

21、来进行数据流控制、地址管理和连 接管理，使用接管理，使用BSDBSD套接字接口来管理套接字接口来管理TCPTCP连接。连接。TCPTCP连接管理连接管理v MODBUSMODBUS通信需要建立客户机与服务器之间的通信需要建立客户机与服务器之间的TCPTCP连接。连接。v 连接的建立可以由用户应用模块直接实现，也可以由连接的建立可以由用户应用模块直接实现，也可以由TCPTCP连接连接管理模块自动完成。管理模块自动完成。v 在第一种情况下，用户应用模块必须提供应用程序接口，以在第一种情况下，用户应用模块必须提供应用程序接口，以便完全管理连接。这种方式为应用开发人员提供了灵活性，便完全管理连接。这种

22、方式为应用开发人员提供了灵活性，但需要但需要TCP/IPTCP/IP机制方面的专长。机制方面的专长。v 在第二种情况，在第二种情况，TCP TCP 连接管理完全不出现，用户应用仅需要连接管理完全不出现，用户应用仅需要发送和接受发送和接受MODBUS MODBUS 报文。报文。TCP TCP 连接管理模块负责在需要时建连接管理模块负责在需要时建立新的立新的TCPTCP连接。连接。TCPTCP连接的建立连接的建立v ModbusModbus报文传输服务必须在报文传输服务必须在502502端口上提供一个监听套接端口上提供一个监听套接字，允许接收新的连接和与其他设备交换数据。字，允许接收新的连接和与其

23、他设备交换数据。v 当报文传输服务需要与远程服务器交换数据时，它必须当报文传输服务需要与远程服务器交换数据时，它必须与远程与远程502502端口建立一个新的客户机连接，以便于远距离端口建立一个新的客户机连接，以便于远距离地交换数据。本地端口必须高于地交换数据。本地端口必须高于10241024，并且对每个客户，并且对每个客户机的连接各不相同机的连接各不相同 。设备设备客户机端口服务器端口502n(n1024)服务器端口客户机端口502n(n1024)连接( IP1 n, IP2502) IP1 IP2信息交换过程信息交换过程Modbus/TCPModbus/TCP的优缺点的优缺点 优点：优点：v

24、 用户可免费获得协议及样板程序；用户可免费获得协议及样板程序；v 网络实施价格低廉，可全部使用通用网络部件；网络实施价格低廉，可全部使用通用网络部件；v 易于集成不同的设备易于集成不同的设备，几乎可以找，几乎可以找到任何现场总线连接到到任何现场总线连接到Modbus-TCPModbus-TCP的网关的网关 ；v 网络的传输能力网络的传输能力，100M100M以太网的传输结果为：每秒以太网的传输结果为：每秒40004000个个Modbus TCPModbus TCP报文，而每个报文可传输报文，而每个报文可传输125125个字个字(16bit)(16bit)，故，故相当于相当于4000400012

25、5=500000125=500000个模拟量数据个模拟量数据(8000000(8000000开关量！开关量！) )； 缺点：缺点：v 实时性较差实时性较差应用行业规模应用行业规模v TCP/IP TCP/IP 已成为信息行业的事实标准：世界上已成为信息行业的事实标准：世界上93%93%的网络都的网络都使用使用TCP/IPTCP/IP，只要在应用层使用，只要在应用层使用Modbus TCPModbus TCP，就可实现工，就可实现工业以太网数据交换；业以太网数据交换；v 目前中国已把目前中国已把Modbus TCPModbus TCP作为工业网络标准之一。在国外作为工业网络标准之一。在国外，Mo

26、dbus TCPModbus TCP被国际半导体业被国际半导体业SEMISEMI定为网络标准，国际水定为网络标准，国际水处理、电力系统也把它作为应用的事实标准，还有越来越处理、电力系统也把它作为应用的事实标准，还有越来越多行业把多行业把Modbus TCPModbus TCP作为标准来用；作为标准来用；ModbusModbusGateGate5应用需求应用需求 Modbus Modbus 协议是电子工业设备上应用最为广泛的一种通用语言，协议是电子工业设备上应用最为广泛的一种通用语言，现已成为一种通用的工业标准。通过此协议，各种不同厂商生产现已成为一种通用的工业标准。通过此协议，各种不同厂商生产

27、的控制设备（如的控制设备（如PLCPLC、DCSDCS、HMIHMI、各种仪表传感器等）可以连成、各种仪表传感器等）可以连成工业网络，进行集中监控。特别是工业控制领域（如电力行业等工业网络，进行集中监控。特别是工业控制领域（如电力行业等等）就常常会使用等）就常常会使用Modbus Modbus 协议进行设备通讯，然而在通讯过程协议进行设备通讯，然而在通讯过程中会发现，往往高端的中会发现，往往高端的PLC PLC 直接带有以太网接口（支持直接带有以太网接口（支持ModbusTCP ModbusTCP 协议），而远程的各种从站设备（如协议），而远程的各种从站设备（如HMIHMI、变频器、变频器、传

28、感器或仪表等等）往往只支持串行链路的传感器或仪表等等）往往只支持串行链路的Modbus Modbus 协议协议（Modbus RTU Modbus RTU 或或ASCII ASCII 协议）。协议）。当需要实现这些设备互联通讯时，由于当需要实现这些设备互联通讯时，由于Modbus Modbus 协议在串口和以协议在串口和以太网拥有不同的协议标准，在它们之间运行是非常困难的，这时太网拥有不同的协议标准，在它们之间运行是非常困难的，这时就需要一个就需要一个Modbus Modbus 通讯网关作为二者的桥梁来帮助整合这两种通讯网关作为二者的桥梁来帮助整合这两种Modbus Modbus 网络。网络。

29、总体框架总体框架 消息处理流程消息处理流程 ModbusModbusGateGate产品分析产品分析 现在市面上常见的现在市面上常见的modbusmodbus网关有如下三家：网关有如下三家：v 周立功的周立功的MPort-100IEMPort-100IE（单网口、单串口），功能最简单，（单网口、单串口），功能最简单，硬件防护中等；硬件防护中等；v 研华的研华的EKI-122XEKI-122X系列（单网口，系列（单网口，1 14 4串口），功能一般，串口），功能一般，硬件防护不错；硬件防护不错；v MOXAMOXA的的MGate_MB3000MGate_MB3000系列（系列（1 12 2网口，

30、网口，1 14 4串口），功能串口），功能强大，硬件防护一般。强大，硬件防护一般。v 综合以上考虑，功能参考综合以上考虑，功能参考MOXA,MOXA,硬件护护参考研华。硬件护护参考研华。M MB3270B3270结构图结构图M MB3270B3270指示灯含义指示灯含义M MB3270B3270关健性能指标关健性能指标v SlaveSlave模式同时支持模式同时支持1616个个TCP masterTCP master（每个（每个mastermaster有有3232级深级深度的请求队列）度的请求队列）v 每个串口支持每个串口支持3131个个RTU/ASCII SlaverRTU/ASCII Slaver；v MasterMaster模式同时支持模式同时支持3232个个TCP SlaverTCP Slaver；v 紧急请求通道，保证紧急请求通道，保证QosQos控制；控制；v 提供串口重映射功能；提供串口重映射功能；v 内建内建modbusmodbus协议分析器，能提供通信监控信息。协议分析器，能提供通信监控信息。M MB3270B3270搜索搜索M MB3270