一文看懂Modbus协议

自从 1979 年出现工业串行链路的事实标准以来，Modbus使成千上万的自动化设备能够通信。Modbus 是OSI模型第 7 层上的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。Modbus应用层协议和服务规范主要包含两类：一类是串行链路上的Modbus（Modbus 串行链路取决于TIA/EIA 标准：232-F 和 485-A），另一类是TCP/IP 上的Modbus（Modbus TCP/IP 取决于IETF 标准：RFC793 和 RFC791 有关）。Modbus通信栈示意图如下所示：

Modbus协议允许在各种网络体系结构内进行简单通信，每种设备（PLC、HMI、控制面板、驱动程序、动作控制、输入/输出设备）都能使用 Modbus协议来启动远程 *** 作。在基于串行链路和以太 TCP/IP 网络的 Modbus上可以进行相同通信，一些网关允许在几种使用 Modbus协议的总线或网络之间进行通信。Modbus网络体系结构的实例如下所示：

Modbus协议本质上和我们平时自定义的协议一致，就是一种数据传输格式，也是由起始帧、数据帧、校验帧等组成，只不过Modbus协议更为规范。

Modbus协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDU）。特定总线或网络上 的 Modbus协议映射能够在应用数据单元（ADU）上引入一些附加域，通用Modbus帧协议如下图所示：

具体解析如下： 

地址域：子节点的地址信息；

功能码：指明服务器要执行的动作，有效的码字范围是十进制 1-255（128-255 为异常响应保留），当从客户机向服务器设备发送报文时，功能码域通知服务器执行哪种 *** 作（功能码内容较多，建议查阅Modbus协议说明手册，上面介绍的很清晰）。

数据：传输的数据内容，在某种请求中，数据可以是不存在的（0 长度），在此情况下服务器不需要任何附加信息，功

能码仅说明 *** 作。

差错校验：验证收、发的数据是否正确。

如果在一个正确接收的 ModbusADU 中，不出现与请求Modbus功能有关的差错，那么服务器至客户机的响应数据域包括请求数据。如果出现与请求 Modbus功能有关的差错，那么域包括一个异常码，服务器应用能够使用这个域确定下一个执行的 *** 作。Modbus事务处理的状态图如下所示：

一旦服务器处理请求，使用合适的 Modbus服务器事务建立 Modbus响应，根据处理结果，可以建立两种类型响应：

一个正确Modbus响应：响应功能码 = 请求功能码 ；

一个 Modbus异常响应：用来为客户机提供处理过程中与被发现的差错相关的信息，提供一个异常码来指示差错原因。响应功能码 = 请求功能码 + 0x80。

将上述图示分解理解，例如，客户机与服务器执行Modbus 通信协议，当服务器对客户机响应时，它使用功能码来指示正常（无差错）响应或者出现某种差错（称为异常响应）。

对于一个正常响应来说，服务器仅对原始功能码响应，Modbus事务处理（无差错）如下图所示：

对于异常响应，服务器返回一个与原始功能码等同的码，设置该原始功能码的最高有效位为逻辑 1，Modbus事务处理（异常响应）如下图所示：

Modbus使用一个Big-Endian 表示地址和数据项。这意味着当发射多个字节时，首先发送最高有效位。例如：

寄存器    数据

0x4001  0x1234

发送的第一字节为 0x12，第一字节为0x34。

Modbus以一系列具有不同特征表格上的数据模型为基础，四个基本表格如下表所示：

对于基本表格中任何一项，协议都允许单个地选择 65536 个数据项，而且设计那些项的读写 *** 作可以越过多个连续数据项直到数据大小规格限制，这个数据大小规格限制与事务处理功能码有关。

数据模型这个概念有限抽象，让我们通过以下两个示例加深理解。

示例1 ：有 4 个独立块的设备

示例描述：一个设备中的数据结构，含有数字量和模拟量、输入量和输出量。由于不同块中的数据不相关，每个块是相互独立。使用Modbus数据模型，按不同 Modbus功能码访问每个块，实现原理如下所示：

示例2：仅有 1 个块的设备

示例描述：一个设备仅有 1 个数据块，使用Modbus数据模型，通过几个Modbus功能码可能得到一个相同数据，或者通过 16 比特访问或 1 个访问比特，实现原理如下所示：

其实没有必要这么繁琐的，C#添加Modbus引用之后，可以使用ModbusUtility命名空间里面有一个ReadHoldingRegister的方法，使用这个方法可以直接读取设备寄存器地址里面的数据，再把数据对应的高低位、百位组合一下就可以显示出下位机屏幕上的数据，但前提是你要有你的设备的寄存器地址详细说明，至于Modbus引用之类的，去网上搜一下NModbus Sample可以下载到Modbus协议在编程里面的详细使用方法，祝你好运！

接收完整的数据序列以后再解析。

查看01地址是否正确

核对CRC校验是否正确

再判断功能码是否正确

再核对存储器地址是否在范围内

然后根据数量提取数据

最后应答

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