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Modbus通讯协议

Modbus通讯协议

来源:
发布时间:
2020/09/07 13:58:49
浏览量

modbus通讯协议 

所属类别 :

软件

Modbus是一种串行通信协议,是Modicon公司(现在的施耐德电气 Schneider Electric)于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准(De facto),并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。

基本信息

  • 中文名称

    Modbus通讯协议

  • 外文名称

    Modbus protocol

  • 发明时间

    1979年

 

  • 定义

    一个工业通信系统

  • 连接组成

    带智能终端通过公用线路连接 


Modbus是一种串行通信协议,是Modicon公司(现在的施耐德电气Schneider Electric)于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准(De facto),并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。 Modbus比其他通信协议使用的更广泛的主要原因有:

简介

  1. 公开发表并且无版权要求
  2. 易于部署和维护
  3. 对供应商来说,修改移动本地的比特或字节没有很多限制

Modbus允许多个 (大约240个) 设备连接在同一个网络上进行通信,举个例子,一个由测量温度和湿度的装置,并且将结果发送给计算机。在数据采集与监视控制系统(SCADA)中,Modbus通常用来连接监控计算机和远程终端控制系统(RTU)。

协议版本

Modbus协议目前存在用于串口、以太网以及其他支持互联网协议的网络的版本。

大多数Modbus设备通信通过串口EIA-485物理层进行。

对于串行连接,存在两个变种,它们在数值数据表示不同和协议细节上略有不同。Modbus RTU是一种紧凑的,采用二进制表示数据的方式,Modbus ASCII是一种人类可读的,冗长的表示方式。这两个变种都使用串行通信(serial communication)方式。RTU格式后续的命令/数据带有循环冗余校验的校验和,而ASCII格式采用纵向冗余校验的校验和。被配置为RTU变种的节点不会和设置为ASCII变种的节点通信,反之亦然。

对于通过TCP/IP(例如以太网)的连接,存在多个Modbus/TCP变种,这种方式不需要校验和计算。

对于所有的这三种通信协议在数据模型和功能调用上都是相同的,只有封装方式是不同的。

Modbus有一个扩展版本Modbus Plus(Modbus+或者MB+),不过此协议是Modicon专有的,和Modbus不同。它需要一个专门的协处理器来处理类似HDLC的高速令牌旋转。它使用1Mbit/s的双绞线,并且每个节点都有转换隔离装置,是一种采用转换/边缘触发而不是电压/水平触发的装置。连接Modbus Plus到计算机需要特别的接口,通常是支持ISA(SA85),PCI或者PMCIA总线的板卡。

通信和设备

Modbus协议是一个master/slave架构的协议。有一个节点是master节点,其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点。每一个slave设备都有一个唯一的地址。在串行和MB+网络中,只有被指定为主节点的节点可以启动一个命令(在以太网上,任何一个设备都能发送一个Modbus命令,但是通常也只有一个主节点设备启动指令)。

一个ModBus命令包含了打算执行的设备的Modbus地址。所有设备都会收到命令,但只有指定位置的设备会执行及回应指令(地址0例外,指定地址0的指令是广播指令,所有收到指令的设备都会运行,不过不回应指令)。所有的Modbus命令包含了检查码,以确定到达的命令没有被破坏。基本的ModBus命令能指令一个RTU改变它的寄存器的某个值,控制或者读取一个I/O端口,以及指挥设备回送一个或者多个其寄存器中的数据。

有许多modems和网关支持Modbus协议,因为Modbus协议很简单而且容易复制。它们当中一些为这个协议特别设计的。有使用有线、无线通信甚至短消息和GPRS的不同实现。不过设计者需要克服一些包括高延迟和时序的问题。

实现

几乎所有的实现都是官方标准的某种变体。不同的供应商设备之间可能无法正确的通信。一些主要的变化有:

数据类型

IEEE标准的浮点数

32位整型数

8位数据

混合数据类型

整数中的位域

multipliers to change data to/from integer. 10, 100, 1000, 256 ...

协议扩展

16位的从站地址

32位的数据大小(1个地址 = 返回32位数据)

字交换数据

限制

  • Modbus是在1970年末为可编程逻辑控制器通信开发的,这些有限的数据类型在那个时代是可以被PLC理解的,大型二进制对象数据是不支持的。
  • 对节点而言,没有一个标准的方法找到数据对象的描述信息,举个例子,确定一个寄存器数据是否表示一个介于30-175度之间的温度。
  • 由于Modbus是一个主/从协议,没有办法要求设备"报告异常"(构建在以太网的TCP/IP协议之上,被称为open-mbus除外)- 主节点必须循环的询问每个节点设备,并查找数据中的变化。在带宽可能比较宝贵的应用中,这种方式在应用中消耗带宽和网络时间,例如在低速率的无线链路上。
  • Modbus在一个数据链路上只能处理247个地址,这种情况限制了可以连接到主控站点的设备数量(再一次指出以太网TCP/IP除外)
  • Modbus传输在远端通讯设备之间缓冲数据的方式进行,有对通信一定是连续的限制,避免了传输中的缓冲区漏洞的问题
  • Modbus协议自身提供针对未经授权的命令或截取数据没有安全性。
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