【Modbus通讯】记粤西某电厂DCS通讯调试（基础篇）

一、 简介

Modbus由MODICON公司于1979年开发，是一种工业现场总线协议标准。1996年施耐德公司推出基于以太网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。标准的Modbus协议物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太网接口，采用master/slave方式通信。

二、 两种协议数据帧的区别

Modbus Rtu的数据帧ADU包含：附加地址、功能码、数据、差错校验。而Modbus TCP的数据帧由MBAP、PDU两大部分组成。两种格式的对比及组成如下图所示：

2.1. 应用数据单元ADU

Modbus Rtu通讯的数据单元包含附加地址（设备地址）、功能码、数据、差错校验。其完整的数据包如下图所示：

2.2. 报文头MBAP

MBAP为报文头，长度为7字节：

2.3. 帧结构PDU

PDU由功能码+数据组成。功能码为1字节，数据长度不定，由具体功能决定。Modbus中常用的功能码有8个，可分为位操作和字操作两 类 ，如下表所示：

三、 Modbus通信方式

Modbus设备可分为主站(poll)和从站(slave)。主站只有一个，从站有多个，主站向各从站发送请求帧，从站给予响应。在使用TCP通信时，主站为 Client 端，主动建立连接；从站为Server端，等待连接。整个通讯过程中，只有主站可以发起数据传输要求，而从站不能主动发起请求只能被动响应。

主站请求：功能码+数据
从站正常响应：请求功能码+响应数据
从站异常响应：异常功能码+异常码，其中异常功能码即将请求功能码的最高有效位置1，异常码指示差错类型
注意：需要超时管理机制，避免无期限的等待可能不出现的应答IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互联网编号分配管理机构）给Modbus协议赋予TCP端口号为502，这是目前在仪表与自动化行业中唯一分配到的端口号。

四、 通信详解

下面以最长见的功能码03H（读单个/多个保持寄存器）、10H（写多个保持寄存器）为例，详细分解一下Modbus Rtu通信报文，以加深理解。

4.1. 读保持寄存器——03H

功能码03H读取Modbus从机中保持寄存器的数据，可以是单个寄存器，或者多个连续的寄存器。
1) 发送
假设从机地址为01H，读取的保持寄存器的起始地址为006BH，读取3个寄存器，指令如表4.1-1所示：

2) 响应
每个保持寄存器的长度为2个字节。保持寄存器之间，低地址寄存器先传输，高地址寄存器后传输。单个保持寄存器，高字节数据先传输，低字节数据后传输，表4.1-2读保持寄存器的返回结果：

4.2. 写多个保持寄存器——10H

功能码10H写多个保持寄存器，其中每个保持寄存器的长度为两个字节。
1) 发送
假设从机地址为01H，保持寄存器的起始地址为0001H，写入2个寄存器，指令如表4.2-1所示：

2) 响应
如果写入成功，返回写入的寄存器数量，如表4.2-2所示：