MODBUS-TCP-协议解析.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,SUPCON,SUPCON,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,Modbus 和Modbus/TCP协议,基础介绍,1,Modbus协议在串行链路上的实现,3,Modbus 协议规范,2,概 述,1,Modbus协议在TCP/IP上的实现,4,主要内容,2,概 述,1,3,Modbus是MODICON公司于1979年开发的一种通讯协议，是一种工业现场总线协议标准。1996年施耐德公司推出了基于以太网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，协议本身并没有定义物理层，只是定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管他们是经过何种网络进行通信的。,标准的Modbus协议物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太网口。采用Master/Slave（主/从）方式通信。,Modbus在2004年成为我国国家标准。,4,Modbus 协议规范,2,5,Modbus技术规范的关系,6,Modbus应用协议,Modbus,是一种简单客户机,/,服务器应用协议,客户机能够向服务器发送请求。,服务器分析请求，处理请求，向客户机发送应答。,7,通用,Modbus,帧结构,协议数据单元,(PDU),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。,8,Modbus事务处理（无差错）,当服务器对客户机响应时，它使用功能码域来指示正常（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，服务器仅复制原始功能码。,9,Modbus事务处理（异常响应）,对于异常响应，服务器将原始功能码的最高有效位设置逻辑1后返回。,异常码指示差错类型。,10,Modbus协议在串行链路上的实现,3,11,Modbus协议在串行链路上的实现模型,主要是在RS485和RS232等物理接口上实现Modbus协议。,在Modbus链路层上客户机的功能由主站提供而服务器的功能由从站实现。,层,ISO/OSI,模型,7,应用层,Modbus,应用协议,6,表示层,空,5,会话层,空,4,传输层,空,3,网络层,空,2,数据链路层,Modbus,串行链路协议,1,物理层,EIA/TIA-485(,或,EIA/TIA232),12,Modbus主站-从站协议原理,Modbus串行链路协议是一个主-从协议。在同一时刻，只有一个主节点连接与总线，一个或多个子节点（最大编号为247）连接于同一串行总线。,Modbus通信由主节点发起，子节点在没有收到来自主节点的请求时，从不会发送数据。,子节点之间互不通信。,主节点在同一时刻只会发起一个Modbus事务处理。,主节点以两种模式对子节点发送Modbus请求：广播、单播。,13,主站工作状态图,14,从站工作状态图,15,主/从通信的三种典型情况,16,串行链路上的Modbus地址规则,Modbus寻址空间有256个不同地址,地址0为广播地址,Modbus主节点没有地址，子节点必须有一个唯一的地址,0,1,247,248,255,广播地址,子节点单独地址,保留,17,串行链路上的Modbus帧结构,M,odbus,串行链路协议是一个主,/,从协议,网络上的每个从站必须有唯一的地址（从1到247）,从站地址用于寻址从站设备，由主站发起,地址0用于广播模式，不需要响应,RS-485,和,RS-232,定义了标准的物理端口，提高互可操作性,18,两种Modbus串行传输模式,ASCII模式：信息中的每个8 Bit字节需2个ASCII字符,其优点是准许字符的传输间隔达到1 s而不产生错误;,RTU模式：每个8 Bit字节包含两个4 Bit的十六进制字符,其优点是在同样的波特率下,可比ASCII方式传送更多的数据,但是每个信息必须以连续的数据流传输。,19,优点,：,公开的协议，完全免费。,简单易用，性能稳定。,广泛的知识资源支持,。,Modbus 的优缺点,缺点：,自适应性差，需合理组态。,通信效率低。,20,Modbus协议在TCP/IP上的实现,4,21,ModbusTCP简介,ModbusTCP是运行在TCP/IP上的Modbus 报文传输协议。通过此协议，控制器相互之间通过网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。,ModbusTCP是开放的协议，IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互联网编号分配管理机构）给Modbus协议赋予TCP编口号为502，这是目前在仪表与自动化行业中唯一分配到的端口号。,ModbusTCP/IP协议模型,22,ModbusTCP通信结构,Modbus,TCP/IP,的通信设备：连接至,TCP/IP,网络的,Modbus,TCP/IP,客户机和服务器设备。,互连设备，如：在,TCP/IP,网络和串行链路子网之间互连的网桥、路由器或网关等设备。,23,ModbusTCP数据帧,ModbusTCP,数据帧与串行链路数据帧的区别,24,MBAP报文头,域,长度,描述,客户机,服务器,事务处理标识符,2字节,Modbus,请求/响应事务处理的识别,客户机启动,服务器从接收的请求中重新复制,协议标识符,2字节,0=,Modbus,协议,客户机启动,服务器从接收的请求中重新复制,长度,2字节,随后字节的数量,客户机启动（请求）,服务器（响应）启动,单元标识符,1字节,串行链路或其它总线上连接的远程从站的识别,客户机启动,服务器从接收的请求中重新复制,25,ModbusTCP报文传输服务结构,用户应用,通讯,应用层,MODBUS,客户接口,MODBUS,客户接口,MODBUS,客户机,MODBUS,服务器,TCP,管理层,栈参数化,连接管理,访问控制,TCP/IP,栈,资,源,管,理,与,流,量,控,制,26,通信应用层,Modbus,客户机：允许用户应用控制与远程设备的信息交换。,Modbus,客户机根据用户应用向,Modbus,客户机接口的发送要求中所包含的参数来建立一个,Modbus,请求。,Modbus,客户机接口：,Modbus,客户机接口提供一个接口，使得用户应用能够生成各类,Modbus,服务的请求，该服务包括对,Modbus,应用对象的访问。,Modbus,服务器：在收到一个,Modbus,请求以后，模块激活一个本地操作进行读、写、或完成其他操作。,27,TCP管理层,连接管理：,在客户机和服务器的,Modbus,模块之间的通信需要使用,TCP,连接管理模块，负责全面管理报文传输,TCP,连接。,访问控制：,在某些至关重要的场合，必须禁止无关的主机对设备内部数据的访问。,管理通信的建立和结束以及管理在所建立的,TCP,连接上的数据流。,28,TCP/IP栈层,可以对,TCP/IP,的栈进行参数配置，以适用于不同的产品或,系统特定的约束条件，来进行数据流控制、地址管理和连,接管理，使用,BSD,套接字接口来管理,TCP,连接,。,29,TCP连接管理,MODBUS通信需要建立客户机与服务器之间的TCP连接。,连接的建立可以由用户应用模块直接实现，也可以由TCP连接管理模块自动完成。,在第一种情况下，用户应用模块必须提供应用程序接口，以便完全管理连接。这种方式为应用开发人员提供了灵活性，但需要TCP/IP机制方面的专长。,在第二种情况，TCP 连接管理完全不出现，用户应用仅需要发送和接受MODBUS 报文。TCP 连接管理模块负责在需要时建立新的TCP连接。,30,TCP连接的建立,Modbus,报文传输服务必须在502端口上提供一个监听套接字，允许接收新的连接和与其他设备交换数据。,当报文传输服务需要与远程服务器交换数据时，它必须与远程502端口建立一个新的客户机连接，以便于远距离地交换数据。本地端口必须高于1024，并且对每个客户机的连接各不相同,。,31,信息交换过程,完整的ModbusTCP通信过程：,客户机建立一个连接，向服务器发送3 个MODBUS请求，而不等待第一个请求的应答到来。在收到所有的应答后，客户机正常地关闭连接。,32,客户机的通信过程如下:,(1)用 Connect 命令建立与目标设备的连接;,(2)准备 Modbus 报文包括 7个字节的 MBAP 在 内的请求；,(3)使用 Send 命令发送报文;,(4)在同一连接下等待应答;,(5)用 Recv 命令读取报文,完成一次数据交换过程。当通信任务结束时,关闭 TCP 连接,使 Modbus TCP服务器可为其它客户机服务,。,33,优点：,用户可免费获得协议及样板程序；,网络实施价格低廉，可全部使用通用网络部件；,易于集成不同的设备，几乎可以找到任何现场总线连接到,Modbus-TCP,的网关；,网络的传输能力，,100M,以太网的传输结果为：每秒,4000,个,Modbus TCP,报文，而每个报文可传输,125,个字,(16bit),，故相当于,4000,125=500000,个模拟量数据,(8000000,开关量！,),；,Modbus/TCP的优缺点,缺点：,实时性较差,34,应用行业规模,TCP/IP 已成为信息行业的事实标准：世界上93%的网络都使用TCP/IP，只要在应用层使用Modbus TCP，就可实现工业以太网数据交换；,目前中国已把Modbus TCP作为工业网络标准之一。在国外，Modbus TCP被国际半导体业SEMI定为网络标准，国际水处理、电力系统也把它作为应用的事实标准，还有越来越多行业把Modbus TCP作为标准来用；,35,Thank You!,36,