Modbus软件开发实战指南

难得的 modbus 中文学习资料，结合软件实操及 AI 导师有助于更快掌握。 读到 24%，发现华为阅读 APP 上有 2022 年出版的本书第 2 版，希望微信读书也能早日更新上架。

《Modbus软件开发实战指南》读书笔记 思维导图：https://www.processon.com/view/63eee59abcd4c21f5c55b87a#pc · 基本信息 o 是什么？ § 是一种应用于电子控制器上的通用语言 § 此协议定义了一个控制器能够认识使用的消息结构，描述了控制器请求访问其他设备的过程，以及符合应答来自其他设备的请求、怎样侦测错误并记录，制定了统一的消息域的结构和内容 o 行业地位？ § 已成为一种通用的工业标准 o 有什么用？ § 通过此协议，可以实现控制器相互之间、控制器经=由网络和其他设备之间的通信 § 使用它，不同厂商生产的控制设备可以连接工业网络，进行几种监控 o 使用Modbus在网络上进行通信，需要什么？ § 每个控制器需要知道： · 设备的地址 · 识别按地址发来的消息决定要产生何种行为 · 如果需要回应，控制器将生成什么反馈信息发送 o 有什么特点？ § 标准开发，公开发表，无版税要求，可免费免责使用 § 支持多种电器接口，如RS232 RS485 TCP/IP 等；还可以在各种介质上传输，如双绞线 光纤 红外 无线等 § 消息帧格式简单 紧凑 通俗易懂；用户理解使用简单 厂商容易开发和集成 · 模拟软件 o 虚拟串口软件 Visual Serial Port Driver（VSPD） § 模拟多串口，支持所有的设置和信号线；通过操作虚拟串口，写入到一个虚拟COM端口的数据可以从另外一个COM端口读取，通过这种方式实现两个串口程序之间交换数据 § https://www.eltima.com/cn/products/vspdxp/ o 模拟 Modbus § Modbus 主站设备 · Modbus Poll § Modbus 从站设备 · Modbus Slave § https://www.modbustools.com/download.html · 参考 o 《Modbus软件开发实战指南》 o 《开放式IEC 61131 控制系统设计》 · 应用场景 o 在工业场景下使用 § 介质连接 · 使用 Modbus 协议，仅需要一根对绞线就可以连接很多现场设备，将所有数据传送到 Modbus 主站设备 § 网络方式连接 · 使用 Modbus 可以把现场设备连接到一个 DCS 过程控制系统，PLC（PLC 可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller）设备或工业计算机系统 · 整个工厂的连接都能够从对绞线控制室直连的方式转变成为 Modbus 的网络连接方式 o 网关设备支持 § Modbus 协议简单且容易复制，与复杂的使用有线、无线通信甚至短消息等的GPRS（General Packet Radio Service）的设计不同，这些设备要简单的多，但是需要克服高延迟和时许等问题 · 数据传输 o 基本信息 § 通信模式 · 串行链路（Serial Communication）连接 o 两个变种（传输数据的字节表示上的不同） § RTU（Remote Terminal Unit）模式 · 一种紧凑的，采用二进制表示数据的方式 · 确保数据传输的完整性和准确性 o 循环冗余校验的校验和 § ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换码）模式 · 一种人类可读的，冗长的表示方式 · 确保数据传输的完整性和准确性 o 纵向冗余校验的校验和 § 两种类型是互斥的，被配置为RTU模式的节点不能与配置为 ASCII 模型的节点通信，反之亦然 · TCP/IP （例如以太网）物理层连接 o 存在多个 Modbus/TCP 变种 o 不需要校验和的计算 · 数据模型和功能调用上都是相同的，只有传输报文封装方式不同 · Modbus RTU 和 Modbus TCP o 相同点 § 本质都是 Modbus 协议，都是依靠 Modbus 寄存器地址来交换数据 o 差异 § 使用硬件不同 · Modbus RTU 一般采用串口 RS-232 或 RS-485 · Modbus TCP 一般采用以太网口 § 数据 · 数据校验 o Modbus 需要对数据进行校验，铲形协议中除了奇偶校验，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验 o Modbus TCP 模式没有额外规定校验，因为TCP协议是一个面向可靠连接的协议，所以不需要CRC校验码 · 数据结构 o TCP和RTU协议非常类似，只要在RTU协议的开始加上5个 "00"和 1个"06"，然后把RTU协议的最后两个CRC校验码去掉，并通过TCP/IP网络发送出去即可 · 扩展版本 o Modbus PLUS(Modebus+ 或 MB+) § MODICON 专有 § 通信结构 · 单主/多从（Master/Slave） o 结构 § 一个节点是Master § 一个或多个设备是 Slave · 使用 Modbus 协议参与通信的节点是 Slave 节点，每个设备都有一个唯一的地址 o 特点 § 总线上只能有一个主设备，可以有1~247个从设备（地址范围从1~247），剩下值是保留位 § Modbus 通信总是由主设备发起，当从设备没有收到来自该主设备的请求时，不会主动发送数据 § 从设备之间不能相互通信，主设备同时只能启动一个 Modbus 访问事务处理 o 通信模式区别 § 串行和MB+网络中 · 主节点才可以启动一个命令 § 以太网 · 任何一个设备都能发送一个 Modbus 命令，但通常也只有一个主节点设备用以引导指令 o 消息发送方式 § 主设备 · 单播模式 o 对指定单个从设备发送请求报文 · 广播模式 o 对线路上所有从设备发送请求报文，此模式下，Master请求指令必须是 Modbus 标准功能的写指令 § 从设备 · 被动接受请求报文给出响应报文 · 单播模式 o 应答，返回一个响应报文 · 广播模式 o 仅进行相关指令的事务处理，不要求返回应答 o 通信模式要求 § Modbus ASCII § Modbus RTU · 客户端/服务器（Client/Server） o 通信模式要求 § Modbus TCP o 没有额外规定校验，因为 TCP 协议是一个面向可靠连接的协议 o TCP 默认端口是 502 o 工作方式 § 请求/应答，每次通信都是主站先发送指令，可以是广播，也可以是向特定从站的单播 § 当主站不发送请求时，从站不会自己发出数据，从站与从站之间不能直接通信 o 帧结构 § 地址域 § 功能码 · 有效码字 o 十进制 1 ~ 255 · 异常响应保留 o 十进制 128~255 § 数据 § 差错校验 · 错误校验码 o 作用 § 确定到达的命令是否完整 · 注意 o 在 Modbus TCP 模式下，不存在差错校验字段 o 在某些特殊场合，如 串行 Modbus 协议转 Modbus TCP 的情况下，串行协议数据完整张载到 Modbus TCP 协议的数据字段，此时CRC或者是LRC差错校验字段仍然存在 § § Modbus RTU · 地址码 o 1字节 · 功能码 o 1字节 · 起始地址 o 2字节 o RTU协议采用3.5个字符的停顿时间作为指令的起始和结束 · 数据 o n字节 o 组成 § 数据长度 · 2字节，表示寄存器的个数 § 数据正文 · 数据长度 * 2字节 · 校验码 o 2字节 § Modbus TCP · 在RTU协议前面添加了MBAP报文头，共7个字节 · MBAP报文头 o 事务处理标识箱 § 2字节 o 协议标识符 § 2字节 o 长度 § 2字节 o 单元标识符 § 1字节 § Modbus RTU 和 Modbus TCP 报文结构 · Modbus RTU 和 Modbus TCP 数据帧结构 o · Modbus TCP 相比 RTU o 取消了校验位 o 地址域换成了协议标识符 § 当网络中的设备全部使用 TCP/IP 协议时，此地址没有意义，因为IP就能完成路由寻址 § 若网络里还有串行通信的设备，则需要网关来实现 Modbus TCP 到 Modbus RTU 或 ASCII 之间的协议转换，此时就可以用标识符标识网关后见每个串行通信设备 o 新增长度，指后面数据的字节数 § 为了应对某些情况下，TCP/IP 协议会对应用层的数据拆包传输 o 发送指令 § 命令结构 · 目标设备的 Modbus 地址 · 指令 § 流程 · 响应指令 o 只有指定地址的设备会执行并回应指令 · 其他 o 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，不过不用回应指令 § 当Modbus协议用于更高级的网络时，改革宁波方式可能不被允许或以其他方式替代 · 寄存器 o 存放所有数据；非具体的物理寄存器，也可能是一块内存地址 o 分类 § 根据存放数据类型和读写特性，分为4个部分（可不连续） · 线圈状态（Coil Status） o 输出端口；可设定端口的输入状态，也可以读取该位的输出状态 o 可分为两种不同的执行状态，例如保持型或边沿触发型 · 电磁阀输出 MOSFET输出 LED显示等 · 拨码开关 接近开关 等 · 模拟量输出设定值 PID运行参数 变量阈输出大小 传感器报警上线 下限 · 模拟量输入 · 离散输入状态（Input Status） o 输入端口，通过外部设定改变输入状态 o 可读但不可写 · 保持寄存器（Holding Register） o 输出参数或保持参数，控制器运行时被设定的某些参数 o 可读可写 · 输入寄存器（Input Register） o 输入参数，控制器运行时从外部设备获得的参数 o 可读但不可写 · 与PLC类比 o 线圈状态 - DO 数字量输出 o 离散输入状态 - DI（数字量输入） o 保持寄存器 - AO （模拟量输出） o 输入寄存器 - AI （模拟量输入） o 地址 § 地址分配 § 寄存器 Modbus 协议地址 · 通信时使用的寄存器寻址地址 MBAP报文头地址分配

从串口通信到modbus协议都讲的很清楚，后面围绕libmodbus库的源码解析和几种编程语言中的开发应用都很好，可惜没有涉及python，有点遗憾！

工控互联用过modbus通信协议也开发过modbus通信调试工具，不管是调试应用还是封装开发，学习协议底层原理是永恒的真理