MODBUSTCPIP协议介绍.doc
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1、1该规范的发展概况 原始版本1997年9月3日作为公共评论的草案。 再版1999年3月29日,即修订版1.0。 没有大的技术改动,仅作了补充说明。增长了附录A和B作为对一些常用执行问题的回应。 该Modbus/TCP规范在万维网上公开发行。它表白开发者的意愿是把它作为工业自动化领域具有互用性的标准。既然MODBUS和MODBUS/TCP作为事实上的“实际”标准,并且很多生产商已经实现了它的功能,此规范重要是阐述在互连网上具有普遍可用性的基于TCP通讯协议的MODBUS报文的特殊编码。2. 概 述 MODBUS/TCP是简朴的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产
2、品。显而易见,它覆盖了使用TCP/IP协议的 “Intranet”和“Internet”环境中MODBUS报文的用途。协议的最通用用途是为诸如PLCs,I/O模块,以及连接其它简朴域总线或 I/O模块的网关服务的。 MODBUS/TCP协议是作为一种(实际的)自动化标准发行的。既然MODBUS已经广为人知,该规范只将别处没有收录的少量信息列入其中。然而,本规 范力图阐明MODBUS中哪种功能对于普通自动化设备的互用性有价值,哪些部分是MODBUS作为可编程的协议交替用于PLCs的“多余部分”。 它通过将配套报文类型“一致性等级”,区别那些普遍合用的和可选的,特别是那些合用于特殊设备如PLCs的
3、报文。 2.1 面向连接 在MODBUS中,数据解决传统上是无国界的,使它们对由噪音引起的中断有高的抵抗力,并且在任一端只需要最小的维护信息。 编程操作,另一方面,盼望一种面向连接的方法。这种方法对于简朴变量通过唯一的“登录”符号完毕,对于Modbus Plus变量,通过明确的“程序途径”容量来完毕,而“程序途径”容量维持了一种双向连接直到被彻底击穿。 MODBUS/TCP解决两种情况。连接在网络协议层很容易被辨认,单一的连接可以支持多个独立的事务。此外,TCP允许很大数量的并发连接,因而很多情况下,在请求时重新连接或复用一条长的连接是发起者的选择。 熟悉MODBUS的开发者会感到惊讶:为什么
4、面向连接TCP协议比面向数据报的UDP要应用广泛。重要因素是通过封装独立的“事务”在一个连接中,此连接 可被辨认,管理和取消而无须请求客户和服务器采用特别的动作。这就使进程具有对网络性能变化的适应能力,并且允许安全特色如防火墙和代理可以方便的添加。 类似的推理被最初的万维网的开发者所采用,他们选用TCP及端口80去实现一个作为单一事务的最小的环球网询问。 2.2 数据编码 MODBUS 采用“big-endian”来表达地址和数据对象。 这就意味着当一个数字表达的数量大于所传输的单一字节,最大有效字节将一方面被发送。例如: 16bits0x1234将为0x120x3432bits0x12345
5、678L将为0x120x340x560x78 2.3参考编号的解释 MODBUS将其数据模型建立在一系列具有不同特性的表的基础之上。这四个基本表如下 l 离散输入 单比特,由I/O系统提供,只读l 离散输出 单比特,由应用程序更改,读写l 输入寄存器 16比特,数值,由I/O系统提供 ,只读l 输出寄存器 16比特,数值,由应用程序更改,读写 输入和输出之间以及可寻址位和可寻址代码的数据对象之间的差别并不意味着任何应用性能的不同。假如这是我们所讨论的目的机械的最自然的解释,那么认为所有的四个基本表是互相覆盖的见解也是非常普通而完全可以接受的。 对于每一个基本表,协议允许单独选择65536个数据
6、对象中的任何一个,并且对那些对象的读写操作可以跨越多个连续的数据对象,直到达成基于解决事务功能代码的数据大小限制。 这儿没有假定数据对象代表一种真正邻接的数据阵列,而这是大多数简朴PLCs的解释。 “读写常用参考”功能代码被定义为携带32位的参考值并且能允许在“非常”大的空间里可以直接访问数据对象。现在没有可以运用这一特点的PLC设备。 一个易导致混乱的潜在来源是用于MODBUS功能的参考值和用于Modicon PLCs的“寄存器值”之间的关系。由于历史因素,用户参考值使用从1开始的十进制数表达。而MODBUS采用更普通的从0开始的无符号整数进行软件数 据整理分析。 于是,请求从0读取寄存器的
7、Modbus消息将已知值返回建立在寄存器4:00001(存储类型4=输出寄存器,参考值00001)中的应用程序。 2.4隐含长度基本原则 所有的MODBUS 请求和响应都被设计成在此种方法下工作,即接受者可确认消息的完整性。对于请求和响应为固定长度的功能代码,仅发送功能代码就足够了。对于在请求和响应中 携带不定长数据的功能代码,数据部分前将加上一个字节的数据记录。 当 Modbus通过TCP运送,前缀中携带附加的长度信息以便接受者辨认消息的边界,甚至消息被提成若干组进行传输。外在的和隐含的长度准则的存在,以及 CRC-32检错代码(以太网)的使用使请求和响应消息中发生未被辨认的错误的机率减至无
8、限小。 3. 一致性等级概述 当从草稿开始定义一种新的协议,有也许加强编码方式和阐述的一致性。MODBUS由于其先进的特性,已经在很多地方得到了实行,必须避免破坏它已经存在的实行。 因此,已经存在的成套的解决类型被划分出一致性等级:等级0代表普遍使用且总体上一致的功能;等级2代表有用的功能,但带有某些特性。现存装置的不适应于互用性的功能也已确认。 必须注意到,将来对该标准的扩充将定义附加的功能代码来解决现存事实标准不合用的情形。然而,被建议扩充的具体资料出现在本手册中将会另人误解。通过将代 码“随机的”发送或者即便是通过检查异常响应的类型来拟定特别的目的装置是否支持特别的功能代码总是也许的,并
9、且该方法将保证引入这些扩充的现使用的 MODBUS设备的连续的互用性。事实上,这就是当前功能代码的分级原则。 3.1等级0 这是最小的有用功能,对主站和从站来说。 读乘法寄存器 (fc 3) 写乘法寄存器 (fc 16) 3.2等级 1 这是附加的被普遍实现的和能共同使用的成套功能,正如前面介绍过的,许多从站把输入,输出,离散值和寄存器值作为同等的进行解决。 l 读线圈 (fc 1)l 读离散输入 (fc 2)l 读寄存器输入 (fc 4) l 写线圈 (fc 5)l 写单一寄存器 (fc 6)l 读异常状态字 (fc 7) 此功能对于每一个从站系列显然具有不同的含义。 3.3等级 2 这些是
10、需要HMI和管理等例行操作的数据传送功能。 l 强制型多路线圈 (fc 15)l 读一般参考值 (fc 20) 该功能可以解决并发的多个请求,并且能接受32位的参考数值。当前的584和984PLCs仅使用此功能接受类型6的参考值(扩展的寄存器文献)。 该功能最适于扩充以解决大的寄存器空间和缺少诸如“未定位”变量的参考值的数据对象。 l 写一般参考值 (fc 21) 此功能可以解决并发的多个请求,也可接受32位的参考数值。当前的584和984PLCs仅使用此功能接受类型6的参考值(扩展的寄存器文献)。 该功能最适于扩充以解决大的寄存器空间和缺少诸如“未定位”变量的参考值的数据对象。 l 掩膜写寄
11、存器 (fc 22)l 读/写寄存器 (fc 23) 此功能把一定范围的寄存器输入和输出当作单一的解决事务。使用MODBUS是执行规则的带有I/O模块的状态影象互换的最佳办法。 如此,高性能的通用的数据采集装置可以执行功能3,16和23,从而把快捷的数据规则互换(23)和执行特殊数据对象的需求询问或更新的能力结合起来(3和16)。 l 读FIFO队列 (fc 24) 一个有点专用的功能,打算将表结构的数据象FIFO(用到584/984上的FIN和FOUT功能模块)同样传送到主机。对于某种事件录入软件很有用。 3.4机器/厂家/网络的特殊功能 以下所有的功能,虽然在MODBUS协议手册中提到,但
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