一、基礎(chǔ)知識：

1、什么是Modbus

Modbus是由Modicon（現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個品牌）在1979年發(fā)明的，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。

Modbus通訊協(xié)議常見于第三方設(shè)備的通訊，如DCS讀取PLC的數(shù)據(jù)、智能儀表（流量計、分析儀等設(shè)備）的數(shù)據(jù)，需要用到Modbus協(xié)議，通常分為3類，Modbus RTU 和Modbus TCP/IP、Modbus ASCII；

2、主--從結(jié)構(gòu)：

主設(shè)備查詢

查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。例如功能代碼03是要求從設(shè)備讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息：從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯誤檢測域為從設(shè)備提供了一種驗證消息內(nèi)容是否正確的方法。

從設(shè)備回應(yīng)

如果從設(shè)備產(chǎn)生正常的回應(yīng)，在回應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的回應(yīng)。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的數(shù)據(jù)：像寄存器值或狀態(tài)。如果有錯誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出回應(yīng)消息是錯誤的，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域允許主設(shè)備確認消息內(nèi)容是否可用。

每個MODBUS幀都包括地址域 功能域 數(shù)據(jù)域 錯誤檢測域

3、Modbus的三種通信協(xié)議：

Modbus協(xié)議分為三種通信方式：Modbus RTU、Modbus ASCII以及Modbus TCP。

首先，Modbus TCP的通信格式和Modbus RTU非常相似，唯一的差別只是Modbus RTU最后帶兩個字節(jié)的CRC校驗，而Modbus TCP沒有。

其次，Modbus ASCII的通信格式與Modbus RTU其實“神合貌離”，就是把Modbus RTU的每一個字節(jié)（例如：27H）高四位（2）和低四位（7）拆分為兩個字節(jié)，并以ASCII碼的方式表現(xiàn)出來（32 37），再給命令幀分別加上起始符和結(jié)束符便可以，當(dāng)然Modbus RTU和Modbus ASCII的校驗的方式不同，這里暫不詳述，所以同一條命令用Modbus RTU方式和Modbus ASCII方式表現(xiàn)出來，雖然在命令長度的上有很大的區(qū)別，但其實際表達的意思卻是一樣。

4、RTU方式：

幀定界:MODBUS RTU方式下，每兩個字符之間發(fā)送或者接收的時間間隔不能超過1.5倍 字符傳輸時間。如果兩個字符時間間隔超過了3.5倍的字符傳輸時間，規(guī)約就認為一幀數(shù)據(jù)已經(jīng)接收，新的一幀數(shù)據(jù)傳輸開始。

備注：NPort與MGate產(chǎn)品的區(qū)別就在于，MGate在每幀報文的之后，增加了3.5倍的字符傳輸時間，而NPort則沒有。

5、ASCII方式：

幀定界：

“：”幀起始 “CR LF” 幀結(jié)束

ASCII方式用兩個ASCII字符表示一個8位數(shù)據(jù)，比如16進制的3A用字符“3”和字符“A”表示。

6、Modbus TCP

Modbus TCP數(shù)據(jù)幀包含報文頭、功能代碼和數(shù)據(jù)3個部分：

MBAP報文頭（MBAP：Modbus Application Protocol，Modbus應(yīng)用協(xié)議）分4個域，共7個字節(jié)：

自注：這里的客戶端、服務(wù)器端是指TCP的Client、Server端。

二、MGate說明：

1、通信模式

1）MGate配置文件中：

Modbus采用主從結(jié)構(gòu)，只有兩種模式：Master和Slave

RTU/ASCII Slave：PC作為Master主，裝置作為Slave從；

RTU/ASCII Master：PC作為Slave從，裝置作為Master主；

RTU與ASCII的區(qū)別：

a）校驗：

RTU：CRC（循環(huán)冗長校驗）；

ASCII：LRC（縱向冗長校驗）；

校驗碼用于檢查信息的完整性；

b）消息格式不同：

RTU：消息中每個字節(jié)（8Bit）包含2個4Bit的十六進制字符，優(yōu)點：同樣波特率下，比ASCII傳送更多的數(shù)據(jù)；

ASCII：消息中每個字節(jié)（8Bit）都作為一個ASCII碼（2個十六進制字符）發(fā)生，優(yōu)點：字符發(fā)送的時間間隔可達到1秒而不產(chǎn)生錯誤；

2）說明手冊中：

兩種通信模式：

A）以太網(wǎng)Master串口Slave：

Modbus TCP可支持同時16個連接，串口支持RS-232和RS-422/485，其中RS-232和RS-422僅能連一個設(shè)備，RS-485可連接31個設(shè)備；

B）串口Master以太網(wǎng)Slave：

可支持32個Modbus TCP slave設(shè)備；

三、實測：

1、結(jié)構(gòu)：

筆記本電腦網(wǎng)口→MB3480-筆記本→UPort 1150；

2、UPort 1150設(shè)置：

默認為RS-232方式，注意設(shè)置為RS-485（也可為RS-232），方法：

“控制面板”→“設(shè)備管理器”→

3、MB3480的設(shè)置：

1）主從模式的設(shè)定：以PC端作為Master、裝置作為Slave為例；

2）設(shè)置串口狀態(tài)：

3）ID映射：

說明：

a）Modbus TCP通信標(biāo)準(zhǔn)端口號為502，所有的端口號都是502，串口通過ID好識別；

b）ID表中設(shè)置情況：

1~5：Port1；

6~10：Port2；

c）從站偏移量：可不設(shè)，以下為例子，假定偏移量為3；

4、使用的軟件：

前提說明：

兩套軟件：

軟件一：自己在網(wǎng)上找的Modbus Poll和Modbus Slave，注意：

Modbus Poll：只作為Master（主端）（TCP Master和RTU Master都用它）；

Modbus Slave：只作為Slave（從端）（TCP Slave和RTU Slave都用它）；

軟件二：使用的ModScan32和ModSim32，注意：

ModScan32：只作為Master（主端）（TCP Master和RTU Master都用它）；

ModSim32：只作為Slave（從端）（TCP Slave和RTU Slave都用它）；

軟件一：

Modbus Poll（用于TCP Master）

Modbus Slave（用于串口的Slave）

1）打開Modbus Slave：

選擇“Connectiong”

2）打開Modbus Poll：

選擇“Connection”，端口號為502；

3）注意事項：

a）Modbus Poll和Modbus Slave設(shè)置的ID號、功能碼必須一致；

b）通信成功的判斷：

可從Modbus Poll軟件本身、MGate Manager的“監(jiān)控”來觀察；

注意：Mdobus Slave軟件無法判斷連接是否成功；

通信成功的界面：

Modbus Poll：Tx值不斷增加，Err值為0（Err指響應(yīng)的返回值）；

MGate Manager→“監(jiān)控”：

通信不成功的界面：

比如：將Modbus Slave的連接斷開，則Modbus Poll會報錯：

正確的連接，則Err=0；

MGate Manager→“監(jiān)控”：

圖中：TCP Req、RTU Req（通過MB3480轉(zhuǎn)發(fā)到RTU串口的），沒有Resp。

c）其他功能鍵的使用：

Modbus Poll：

Read/Write Definition：可設(shè)置ID號、功能碼、地址；

Reset Counters：充值計數(shù)器；

其中：地址可自定義，但是Modbus Poll和Modbus Slave的地址設(shè)置都要一致；

Modbus Slave：

Slave Definition：可設(shè)置ID號、功能碼、地址；

軟件二：

ModScan32：用于TCP Master；

ModSim32：用于RTU Slave；

1）打開ModSim32軟件：網(wǎng)上有下載，或留下聯(lián)系郵箱，看都后發(fā)給各位；

打開“ModSim32.exe”即可；

“File”→“New”：

“Connection”→“Port2”→UPort 1150在筆記本上映射的端口號為COM；

2）打開ModScan32軟件：

直接打開目錄，點擊“ModScan32.exe”即可；

“Connection”→“Remote TCP/IP Server”：

3）注意事項：

a）ModScan32和ModSim32的Address（地址）、Device Id（ID號）、MODBUS Point Type（功能碼，為3）設(shè)置必須一致，其中：

ID號：Port1為1~5；

功能碼：為3；

Address：可自己設(shè)定，只要ModScan32和ModSim32的一致就可以了；

b） 連接不成功的界面：

比如：將Address一個設(shè)置為“0001”，另一個設(shè)置為“0100”，則會連接不成功，如下界面：

而ModSim32則不會有報錯信息；

錯誤一：出現(xiàn)“**MODBUS Message TIME-OUT**”，如果正確的連接，則沒有這行報錯；

錯誤二：Number of Polls的值一直在增加，而Valid Slave Responses的值不變，這說明TCP Master一直發(fā)送請求，卻一直沒有得到回應(yīng)；

當(dāng)正確連接后，點擊“Reset Ctrs”后，這個計數(shù)值就會清零，重新累計，出現(xiàn)的數(shù)據(jù)應(yīng)該是Number of Polls與Valid Slave Responses一致；

c）當(dāng)修改設(shè)置后，參數(shù)會自動執(zhí)行，不要重啟軟件或按鍵；

d）如果所有設(shè)置都正確，但是連接卻還是報錯，這種情況下，只要將ModScan32和ModSim32軟件重新開啟就可以了，因為這個軟件是沒有經(jīng)過注冊的；

5、監(jiān)控和數(shù)據(jù)報文：

1）一個完整的輪詢過程：

TCP Req（TCP請求）→轉(zhuǎn)為RTU Req（RTU請求）→RTU Resp（RTU回應(yīng)）→TCP Resp（TCP回應(yīng)）；

2）報文內(nèi)容：

MBAP報頭格式：

MBAP包含7個字節(jié)：

01 00：處理標(biāo)識ID，取決于設(shè)備的類型，取值一般為0000到FFFF；

00 00：協(xié)議ID，0=Modbus協(xié)議；

00 06：后面跟隨的字節(jié)個數(shù)（包含從設(shè)備ID號），此例：后面跟隨了6個字節(jié)；

01：從設(shè)備的ID號；

MBAP：

00 0D：13---后面跟隨13個字節(jié)；

6、較深入的報文內(nèi)容：

1）Modbus Poll向多個寄存器發(fā)送數(shù)據(jù)的報文分析：

a）Modbus Poll中的設(shè)置：

雙擊紅框部分，界面：

Value中填入要發(fā)送的數(shù)據(jù)，注意：這是十進制，對于“監(jiān)控”中是十六進制；

Slave ID：Port所接從設(shè)備的ID；

Address：這是寄存器地址，第1個是0，第2個是1……；

b）多寄存器報文分析：

監(jiān)控中看到的數(shù)據(jù)：

分析：

第一組：

i）TCP Req：TCP發(fā)送請求；

時間 數(shù)據(jù)

0.000 03 36 00 00 00 06 01 03 00 00 00 0A

MBAP解析：

03 36：處理標(biāo)識ID；

00 00：協(xié)議ID，0=Mdobus；

00 06：后面跟隨的字節(jié)個數(shù)；

01：從設(shè)備ID；

ii）RTU Req：通過MB3480轉(zhuǎn)換到串口的請求；

時間 數(shù)據(jù)

0.000 01 03 00 00 00 0A C5 CD

01 03是從設(shè)備的站號和設(shè)備ID；

00 00是Modbus起始地址；

00 0A是Modbus寄存器個數(shù) ；

C5 CD是CRC校驗碼；

注意：i）與ii）的起始地址、寄存器個數(shù)是一樣的；ii）在i）的基礎(chǔ)上，去掉了MBAP報頭，并且增加了CRC校驗碼；

iii）RTU Resp：從串口RTU回應(yīng)的數(shù)據(jù)；

時間 數(shù)據(jù)

0.090 01 03 14 00 0F 00 10 00 11 00 12 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

一共10個寄存器：

00 0F：表示15；

00 10：表示16；

00 11：表示17；

00 12：表示18；

其余寄存器為00，沒有發(fā)送數(shù)據(jù)；

注意：第i）、ii）是請求，沒有具體數(shù)據(jù)，只有寄存器起始地址和寄存器個數(shù)；

第iii）、iv）開始回應(yīng)數(shù)據(jù)；

iv）TCP Resp：通過MB3480轉(zhuǎn)到TCP的回應(yīng)數(shù)據(jù)；

時間 數(shù)據(jù)

0.090 03 36 00 00 00 17 01 03 14 00 0F 00 10 00 11 00 12 00 00 00

注意：第iv）的MBAP報頭與i）的報頭是一樣的；

第二組：

與第一組一樣，需要注意的：

MBAP報頭不同；起始地址、寄存器個數(shù)，甚至校驗碼都是一樣的；

2）ModScan32向多個寄存器發(fā)送數(shù)據(jù)的報文：

4001：<00000> 第一個寄存器，發(fā)送的數(shù)據(jù)是0；

4001：<00000> 第二個寄存器，發(fā)送的數(shù)據(jù)是0；

……

點擊<00000>，出現(xiàn)界面：

4001寄存器的地址是：1；

4002寄存器的地址是：2；

Value：要發(fā)送的數(shù)據(jù)；

3）使用Modbos Poll和Modbus Slave模擬RTU Master：

a）通信結(jié)構(gòu)：

RUT串口 → MB3480（192.168.127.254）→ PC（192.168.127.108）

b）MGate Manager：

操作模式：設(shè)置為“RTU主站模式”（RTU Master）；

串口狀態(tài)設(shè)置：

從站ID映射的設(shè)置：

注意：當(dāng)Port 1的操作模式設(shè)置為“RTU主站模式”時，從站ID映射列表中就沒有了Port1的從站設(shè)備ID號，為什么？因為這時的Port1是作為Master（發(fā)起端），TCP端是作為響應(yīng)端，這就是Modbus的主從結(jié)構(gòu)。界面如下：

設(shè)置遠程TCP從站IP：“新增”即可。

b）Modbus Poll：

注意：此時連接的是串口端，作為Master（主）；

c）Modbus Slave：

注意：此時連接的是TCP端，作為Slave（從）；

d）通信成功：

報文分析：

第一組：

0.000 RTU Req ---RTU主動發(fā)起請求；

0.000 TCP Req ---通過MB3480，轉(zhuǎn)發(fā)Req請求；

0.010 TCP Resp ---TCP返回響應(yīng) ；

0.010 RTU Resp ---通過MB3480，轉(zhuǎn)發(fā)RTU響應(yīng)；

下篇文章我們將對報文的數(shù)據(jù)解析，感謝你的觀看！