ModbusMODBUSTCP协议解析.ppt

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1、Modbus 和Modbus/TCP协议基础介绍,主要内容,Modbus是MODICON公司于1979年开发的一种通讯协议,是一种工业现场总线协议标准。1996年施耐德公司推出了基于以太网TCP/IP的Modbus协议ModbusTCP。Modbus协议是一项应用层报文传输协议,包括ASCII、RTU、TCP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种网络进行通信的。标准的Modbus协议物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太网口。采用Master/Slave(主/从)方式通信。Modbus在2004年成为我国国家标准。,

2、Modbus技术规范的关系,Modbus应用协议,Modbus是一种简单客户机/服务器应用协议客户机能够向服务器发送请求。服务器分析请求,处理请求,向客户机发送应答。,通用Modbus帧结构协议数据单元(PDU),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。,Modbus事务处理(无差错),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)。对于一个正常响应来说,服务器仅复制原始功能码。,Modbus事务处理(异常响应),对于异常响应,服务

3、器将原始功能码的最高有效位设置逻辑1后返回。异常码指示差错类型。,Modbus协议在串行链路上的实现模型,主要是在RS485和RS232等物理接口上实现Modbus协议。在Modbus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。,Modbus主站-从站协议原理,Modbus串行链路协议是一个主-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247)连接于同一串行总线。Modbus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。子节点之间互不通信。主节点在同一时刻只会发起一个Modbus事务处理。主节点以两种模式对子节点发送Modbu

4、s请求:广播、单播。,主站工作状态图,从站工作状态图,主/从通信的三种典型情况,串行链路上的Modbus地址规则,Modbus寻址空间有256个不同地址地址0为广播地址Modbus主节点没有地址,子节点必须有一个唯一的地址,串行链路上的Modbus帧结构,Modbus串行链路协议是一个主/从协议网络上的每个从站必须有唯一的地址(从1到247)从站地址用于寻址从站设备,由主站发起地址0用于广播模式,不需要响应RS-485和RS-232 定义了标准的物理端口,提高互可操作性,两种Modbus串行传输模式,ASCII模式:信息中的每个8 Bit字节需2个ASCII字符,其优点是准许字符的传输间隔达到

5、1 s而不产生错误;,RTU模式:每个8 Bit字节包含两个4 Bit的十六进制字符,其优点是在同样的波特率下,可比ASCII方式传送更多的数据,但是每个信息必须以连续的数据流传输。,优点:公开的协议,完全免费。简单易用,性能稳定。广泛的知识资源支持。,Modbus 的优缺点,缺点:自适应性差,需合理组态。通信效率低。,ModbusTCP简介,ModbusTCP是运行在TCP/IP上的Modbus 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)和其它设备之间可以通信。ModbusTCP是开放的协议,IANA(Internet Assigned Numbers Authority

6、,互联网编号分配管理机构)给Modbus协议赋予TCP编口号为502,这是目前在仪表与自动化行业中唯一分配到的端口号。ModbusTCP/IP协议模型,ModbusTCP通信结构,Modbus TCP/IP的通信设备:连接至TCP/IP网络的 Modbus TCP/IP客户机和服务器设备。互连设备,如:在TCP/IP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。,ModbusTCP数据帧,ModbusTCP数据帧与串行链路数据帧的区别,MBAP报文头,ModbusTCP报文传输服务结构,通信应用层,Modbus客户机:允许用户应用控制与远程设备的信息交换。Modbus客户机根据用户应用

7、向Modbus客户机接口的发送要求中所包含的参数来建立一个Modbus请求。Modbus客户机接口:Modbus客户机接口提供一个接口,使得用户应用能够生成各类Modbus服务的请求,该服务包括对Modbus应用对象的访问。Modbus服务器:在收到一个Modbus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。,TCP管理层,连接管理:在客户机和服务器的Modbus模块之间的通信需要使用TCP连接管理模块,负责全面管理报文传输TCP连接。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TCP连接上的数据流。,TCP/I

8、P栈层,可以对TCP/IP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 接管理,使用BSD套接字接口来管理TCP连接。,TCP连接管理,MODBUS通信需要建立客户机与服务器之间的TCP连接。连接的建立可以由用户应用模块直接实现,也可以由TCP连接管理模块自动完成。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,但需要TCP/IP机制方面的专长。在第二种情况,TCP 连接管理完全不出现,用户应用仅需要发送和接受MODBUS 报文。TCP 连接管理模块负责在需要时建立新的TCP连接。,TCP连接

9、的建立,Modbus报文传输服务必须在502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。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502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1024,并且对每个客户机的连接各不相同。,信息交换过程,完整的ModbusTCP通信过程:客户机建立一个连接,向服务器发送3 个MODBUS请求,而不等待第一个请求的应答到来。在收到所有的应答后,客户机正常地关闭连接。,客户机的通信过程如下:(1)用 Connect 命令建立与目标设备的连接;(2)准备 Modbus 报文包括 7个字节的 MBAP 在 内的请

10、求;(3)使用 Send 命令发送报文;(4)在同一连接下等待应答;(5)用 Recv 命令读取报文,完成一次数据交换过程。当通信任务结束时,关闭 TCP 连接,使 Modbus TCP服务器可为其它客户机服务。,优点:用户可免费获得协议及样板程序;网络实施价格低廉,可全部使用通用网络部件;易于集成不同的设备,几乎可以找到任何现场总线连接到Modbus-TCP的网关;网络的传输能力,100M以太网的传输结果为:每秒4000个Modbus TCP报文,而每个报文可传输125个字(16bit),故相当于4000125=500000个模拟量数据(8000000开关量!);,Modbus/TCP的优缺点,缺点:实时性较差,应用行业规模,TCP/IP 已成为信息行业的事实标准:世界上93%的网络都使用TCP/IP,只要在应用层使用Modbus TCP,就可实现工业以太网数据交换;目前中国已把Modbus TCP作为工业网络标准之一。在国外,Modbus TCP被国际半导体业SEMI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,还有越来越多行业把Modbus TCP作为标准来用;,Thank You!,

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