從Modbus開(kāi)始說(shuō)現(xiàn)場(chǎng)總線（一）

PLC應(yīng)用，在了解了硬件配置和邏輯編程之后，很大一部分工作就是處理現(xiàn)場(chǎng)通訊了。各式各樣的現(xiàn)場(chǎng)總線，其實(shí)還是有一定的規(guī)律的。我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)最常見(jiàn)到的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，恐怕就是的Modbus了。

我在剛接觸Modbus的時(shí)候，還順便學(xué)會(huì)了一個(gè)單詞De facto ，查了很多詞典才知道是“事實(shí)上的”，Modbus也確實(shí)可以稱(chēng)之為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Modbus是Modicon公司（該公司幾經(jīng)收購(gòu)，最后并入現(xiàn)在的施耐德電氣 Schneider Electric，目前Modicon還作為施耐德某些PLC的系列名稱(chēng)）于1979年為使用可編程邏輯控制器（PLC）通信而開(kāi)發(fā)。為了顯示樓主學(xué)識(shí)淵博（愛(ài)好八卦），這里猜測(cè)一下這個(gè)詞的由來(lái)，方便大家記憶。Modicon大概是Modular Control的縮寫(xiě)，Modbus作為Modicon的第一代通訊總線，理解成Modular bus：“模塊化的總線”好像有些牽強(qiáng)，理解為Modicon的通訊總線Modicon Bus大概比較像吧。Modbus能夠成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)（De facto standard），樓主擅自猜測(cè)，主要的原因大概有兩個(gè)：一是Modicon做PLC比較（最）早，另外一個(gè)，估計(jì)是“簡(jiǎn)單”。

Modbus協(xié)議后來(lái)還出了升級(jí)版本Modbus Plus（MB+）但因?yàn)镸odicon公司沒(méi)有公開(kāi)協(xié)議，所以沒(méi)有流行開(kāi)來(lái)，但仍然在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大量使用。

最早的Modbus是基于串行通訊的（EIA/TIA）RS232/485/422技術(shù)，協(xié)議簡(jiǎn)單易用，硬件消耗很少，所有逐步超出PLC通訊的范圍，廣泛用于各種工業(yè)通訊，很多儀器儀表、控制器都支持該協(xié)議，配電領(lǐng)域的斷流器也加入其中。后來(lái)隨著工業(yè)以太網(wǎng)的普及，Modbus協(xié)議也作為應(yīng)用層的協(xié)議搭上了以太網(wǎng)的快車(chē)，仍然出現(xiàn)在各種工業(yè)和民用現(xiàn)場(chǎng)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議模型有了解的同行，通過(guò)下圖可以清楚的了解Modbus協(xié)議的位置和作用。

下面詳細(xì)介紹Modbus協(xié)議的內(nèi)容，希望以這個(gè)“事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”為例，帶您認(rèn)識(shí)五花八門(mén)的通訊標(biāo)準(zhǔn)。

我們每天都離不開(kāi)的通訊網(wǎng)絡(luò)，或許您并不陌生，但對(duì)于其工作原理，大概就只有少數(shù)人了解了。我在網(wǎng)上看到一個(gè)用訂外賣(mài)過(guò)程來(lái)說(shuō)明國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織定義的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)模型（OSI）的結(jié)構(gòu)，很貼切，您有空可以看看。

一文簡(jiǎn)單理解OSI網(wǎng)絡(luò)模型：

https://www.versatek.com/blog/you-wont-believe-what-the-osi-model-and-pizza-have-in-common/

樓主把幾種常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)（模型）做了一個(gè)比對(duì)，方便大家理解。當(dāng)然其中電話網(wǎng)的內(nèi)容，并不嚴(yán)謹(jǐn)，僅供參考。

從Modbus開(kāi)始說(shuō)現(xiàn)場(chǎng)總線（二）

Modbus作為一個(gè)應(yīng)用層的協(xié)議，最初是為了實(shí)現(xiàn)PLC間通訊的，所以基礎(chǔ)的協(xié)議內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要分為四類(lèi)：離散量（開(kāi)關(guān)量）輸入，離散量（開(kāi)關(guān)量，線圈）輸出，輸入寄存器，保持寄存器。對(duì)應(yīng)電力系統(tǒng)中的術(shù)語(yǔ)，分別是：遙信，遙控，遙測(cè)，遙調(diào)。實(shí)際使用中因?yàn)橐粋€(gè)保持寄存器可以作為十六個(gè)開(kāi)關(guān)量使用，而且讀和寫(xiě)都支持，大家都習(xí)慣通過(guò)讀/寫(xiě)保持寄存器來(lái)搞定一切。

最初的Modbus協(xié)議基于RS-232/485鏈路，有兩種編碼方式，RTU和ASCII。這也是為什么有時(shí)候看到“Modbus RTU”說(shuō)法的由來(lái)，后面我們介紹的幀格式就是RTU格式，ASCII格式已經(jīng)很少用了。

其實(shí)Modbus的通訊格式非常容易理解，主站給從站發(fā)送一條報(bào)文，大概相當(dāng)于網(wǎng)友問(wèn)支付寶：

支付寶（從站地址），內(nèi)定的錦鯉（數(shù)據(jù)類(lèi)型，保持寄存器）第二名（寄存器地址）是多少（讀數(shù)據(jù)，暗號(hào)03）啊（校驗(yàn)碼）？報(bào)文格式如下（16進(jìn)制）：

支付寶回復(fù)網(wǎng)友：

支付寶（從站地址），這個(gè)嘛（重復(fù)讀數(shù)據(jù)功能碼），沒(méi)有（返回?cái)?shù)據(jù)長(zhǎng)度，二），是0017這廝（返回?cái)?shù)據(jù)），真沒(méi)有（校驗(yàn)碼）：

這樣，Modbus主機(jī)就完成了一次對(duì)從機(jī)數(shù)據(jù)的讀操作，是不是很簡(jiǎn)單？最常用的兩個(gè)功能碼就是上面介紹的0x03（讀連續(xù)多個(gè)保持寄存器）和0x10（十進(jìn)制16，寫(xiě)多個(gè)保持寄存器），其他的功能碼，基本類(lèi)似，無(wú)非是類(lèi)型（離散量，寄存器，…）數(shù)量（單個(gè)，連續(xù)多個(gè)）的不同組合。當(dāng)然還少不了錯(cuò)誤處理等細(xì)節(jié)，詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)參考文獻(xiàn)。

寄存器地址是從0000開(kāi)始的，對(duì)應(yīng)于Modicon（施耐德）PLC中的40001，如果是寄存器地址從0001開(kāi)始，并直接對(duì)應(yīng)寄存器地址40001，Modbus RTU協(xié)議就有了一個(gè)別名JBUS，可以理解為JBUS是Modbus的一個(gè)常用功能子集。另外，有的廠商在返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不是按字節(jié)計(jì)算，而是按字計(jì)算，也無(wú)法和標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議兼容。

把Modbus報(bào)文去掉地址和CRC校驗(yàn)碼嵌入到以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀中，就成了TCP-Modbus，如下圖。這樣串行設(shè)備（我們前面講的斷路器，多數(shù)都是通過(guò)附件成為一個(gè)串行設(shè)備）就可以很方便的接入以太網(wǎng)了，當(dāng)然這個(gè)“嵌入”的過(guò)程，是由網(wǎng)關(guān)完成的。

Modbus協(xié)議的主要內(nèi)容就介紹完了，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，作為一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議，Modbus并沒(méi)有定義數(shù)據(jù)的格式和含義。例如，讀一個(gè)保持寄存器的值，我們得到一個(gè)16位的數(shù)，至于這個(gè)數(shù)是每一位代表一個(gè)開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)，還是一個(gè)無(wú)符號(hào)整數(shù)，或者是32位浮點(diǎn)數(shù)的高字節(jié)或者低字節(jié)，就要靠通訊雙方自行定義了。所以實(shí)現(xiàn)Modbus通訊的很大一部分工作就是按照雙方的通訊數(shù)據(jù)表逐個(gè)處理。