Modbus TCP协议

Modbus介绍
1、起源
Modbus 通信协议，是一种工业现场总线协议标准。
Modbus通信协议具有多个变种，其中有支持串口，以太网多个版本，主要有以下三种：
Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus TCP
优势：免费、简单、容易使用

2、分类：
（1）Modbus RTU
二进制效率高常用运行在串口上的协议，采用二进制表现形式以及紧凑型数据结构，通信效率高，应用广泛
（2）Modbus ASCII
运行在串口上的协议，采用ASCII码传输，并且利用特殊字符作为其字节的开始与结束标识，其传输效率要远远低于Modbus RTU协议，一般只有在通信数据量较小的情况下才考虑使用Modbus ASCII通信协议
（3）Modbus TCP
运行在以太网上的协议

3、优势：
免费、简单、容易使用

4、Modbus 应用场景：
Modbus协议是现在国内工业领域应用最多的协议，不只PLC设备，各种终端设备，比如水控机、水表、电表、工业秤、各种采集设备

5、特点：
采用主从问答方式进行通信
Modbus TCP是应用层协议，基于传输层TCP协议实现
Modbus TCP端口号默认为502

Modbus TCP协议
TCP和RTU协议非常类似，只要把RTU协议的两个字节的校验码去掉，然后在RTU协议的开始加上5个0和一个6并通过TCP/IP网络协议发送出去即可 Modbus采用主从问答方式(master/slave)通信，有一个节点是master节点，其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点（可以多个），每一个slave设备都有一个唯一的地址 ModbusTCP通常使用端口502作为接收报文端口

Modbus TCP协议格式
Modbus TCP数据帧包含报文头、功能代码和数据三部分

Modbus TCP/IP协议最大数据帧长度为260字节

1、 MBAP报文头：
Modbus TCP/IP协议包含一个7字节报文头

2、寄存器
Modbus TCP通过寄存器的方式存储数据。

寄存器分类：
离散量输入、线圈、输入寄存器、保持寄存器。

离散量输入和线圈其实就是位寄存器（每个寄存器数据占1个字节），工业上主要用于控制IO设备。

输入和保持寄存器是字寄存器（每个寄存器数据占2个字节），工业上主要用于存储工业设备的值。

寄存器PLC地址开头表示状态：
0开头:线圈 1开头:离散输入 3 开头：输入寄存器 4开头：保持寄存器

离散输入寄存器
离散输入寄存器就相当于线圈寄存器的只读模式，他也是每个bit表示一个开关量，而他的开关量只能读取输入的开关信号，是不能够写的。比如我读取外部按键的按下还是松开。

所以功能码也简单就一个读的 0x02

线圈寄存器
类比为开关量，每一个bit都对应一个信号的开关状态。所以一个byte就可以同时控制8路的信号。比如控制外部8路io的高低。线圈寄存器可读可写，写在功能码里面又分为写单个线圈寄存器和写多个线圈寄存器。

对应上面的功能码也就是：0x01 0x05 0x0f

保持寄存器
这个寄存器的单位不再是bit而是两个byte，也就是可以存放具体的数据量的，并且是可读可写的。比如我我设置时间年月日，不但可以写也可以读出来现在的时间。写也分为单个写和多个写

所以功能码有对应的三个：0x03 0x06 0x10

输入寄存器
这个和保持寄存器类似，但是也是只支持读而不能写。一个寄存器也是占据两个byte的空间。类比我我通过读取输入寄存器获取现在的AD采集值

对应的功能码也就一个 0x04

3、功能码：
根据四种不同的寄存器设置了8种功能码，分别如下表所示

在实际使用时会根据要进行的操作选择不同的功能码

功能码：

读：01 ~04
01：读线圈
02：读离散输入
03：读保持寄存器
04：读输入寄存器

写： 05 06 15 16
05：写单个线圈
06：写单个保存计时器
15：写多个线圈
16：写多个保存寄存器

举例：（详细解）

读取保持寄存器功能码：03H

报文解析

主站询问数据流：00  00  00  00 || 00  06 || 11 || 03 || 00  6B || 00  02
从左到右依次分析：
      00 00：事务标识符，类似与TCP里的seq和ack，可以随意写,回复和发送的会一致
      00 00：协议标识符，00 00表示ModbusTCP协议
      00 06：表示接下来的数据长度，单位为字节
      11：单元标识符，即新建寄存器表时候的从机ID，默认是1
      03：功能码，读保持寄存器
      00 6B：读取的寄存器起始地址，0x6B=107则对应寄存器PLC地址为40108
      00 02：读取的寄存器个数为2个，则结束地址为40108+2-1=40109

从站应答数据流：00  00  00  00 || 00  07 || 11 || 03 || 04 || 02  2B || 01  06
前八字节不再重复，同上
       04：计数的字节个数
       02 2B：第一个寄存器40108的数据值
       01 06：第二个寄存器40109的数据值