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Modbus TCP通信概述

MODBUS/TCP是簡單的、中立廠商的用于管理和控制自動化設備的MODBUS系列通訊協議的派生產品，顯而易見，它覆蓋了使用TCP/IP協議的“Intranet"和“Internet"環境中MODBUS報文的用途。協議用途是為諸如PLC’s，I/O模塊，以及連接其它簡單域總線或I/O模塊的網關服務的。

MODBUS/TCP 使MODBUS_RTU協議運行于以太網，MODBUS TCP使用TCP/IP和以太網在站點間傳送MODBUS報文，MODBUS TCP結合了以太網物理網絡和網絡標準TCP/IP以及以MODBUS作為應用協議標準的數據表示方法。MODBUS TCP通信報文被封裝于以太網TCP/IP數據包中。與傳統的串口方式，MODBUS TCP插入一個標準的MODBUS報文到TCP報文中，不再帶有數據校驗和地址。

Modbus TCP傳輸過程中使用了TCP/IP以太網參考模型的5層：

第一層：物理層，提供設備物理接口，與市售介質/網絡適配器相兼容

第二層：數據鏈路層，格式化信號到源/目硬件址數據幀

第三層：網絡層，實現帶有32位IP址IP報文包

第四層：傳輸層，實現可靠性連接、傳輸、查錯、重發、端口服務、傳輸調度

第五層：應用層，Modbus協議報文

Modbus數據在TCP/IP以太網上傳輸，支持Ethernet II和802.3兩種幀格式，Modbus TCP數據幀包含報文頭、功能代碼和數據3部分，MBAP報文頭(MBAP、Modbus Application Protocol、Modbus應用協議)分4個域，共7個字節，如圖1所示：

圖1： MODBUS TCP報文

由于使用以太網TCP/IP數據鏈路層的校驗機制而保證了數據的完整性，MODBUS TCP 報文中不再帶有數據校驗"CHECKSUM"，原有報文中的“ADDRESS"也被“UNIT ID"替代而加在MODBUS應用協議報文頭中。

在Modbus服務器中按缺省協議使用Port 502 通信端口，在Modbus客戶器程序中設置任意通信端口，為避免與其他通訊協議的沖突一般建議2000開始可以使用。

按照使用的通途區分，共有3種類型分別為：

1) 公共功能代碼：已定義好功能碼，保證其性，由Modbus.org認可；

2) 用戶自定義功能代碼有兩組，分別為65～72和100～110，無需認可，但不保證代碼使用性,如變為公共代碼，需交RFC認可；

3) 保留功能代碼，由某些公司使用某些傳統設備代碼，不可作為公共用途。

按照應用深淺，可分為3個類別：

1) 類別0，客戶機/服務器*小可用子集：讀多個保持寄存器(fc.3)；寫多個保持寄存器(fc.16)。

2) 類別1，可實現基本互易操作常用代碼：讀線圈(fc.1)；讀開關量輸入(fc.2)；讀輸入寄存器(fc.4)；寫線圈(fc.5)；寫單一寄存器(fc.6)。

3) 類別2，用于人機界面、監控系統例行操作和數據傳送功能：強制多個線圈(fc.15)；讀通用寄存器(fc.20)；寫通用寄存器(fc.21)；屏蔽寫寄存器(fc.22)；讀寫寄存器(fc.23)。

在讀寄存器的過程中，以Modbus TCP請求報文為例,具體的數據傳輸過程如下：

1) Modbus TCP客戶端實況，用Connect()命令建立目標設備TCP 502端口連接數據通信過程；

2) 準備Modbus報文，包括7個字節MBAP內請求；

3) 使用send()命令發送；

4) 同一連接等待應答；

5) 同recv()讀報文，完成一次數據交換過程；

6) 當通信任務結束時，關閉TCP連接，使服務器可以為其他服務。

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