GB/T ××××—×××× 前言 -----------串行链路和TCP/IP上的MODBUS标准介绍 该标准包括两个通信规程中使用的MODBUS应用层协议和服务规范： ·串行链路上的MODBUS MODBUS串行链路取决于TIA/EIA标准：232-F和485-A。 ·TCP/IP上的MODBUS MODBUS TCP/IP取决于IETF标准：RFC793和RFC791有关。 串行链路和TCP/IP上的MODBUS是根据相应ISO层模型说明的两个通信规程。 下图强调指出了该标准的主要部分。绿色方框表示规范。灰色方框表示已有的国际标准（TIA/EIA和IETF标准）。 Modbus 协议规范 45页 MODBUS应用层MODBUS报文传输在TCP/IP 上的实现指南49页 在TCP/IP上的MODBUS映射 TCP IETF RFC 793 MODBUS报文IP IETF RFC 791 传输在串行链路 上的实现指南 45页 串行链路主站/从站以太网II/802.3 IEEE 802.2 TIA/EIA-232-F TIA/EI A-485-A 以太网物理层 MODBUS标准分为三部分。第一部分（“Modbus协议规范”）描述了MODBUS事物处理。第二部分（“MODBUS报文传输在TCP/IP上的实现指南”）提供了一个有助于开发者实现TCP/IP上的MODBUS应用层的参考信息。第三部分（“MODBUS报文传 输在串行链路上的实现指南”）提供了一个有助于开发者实现串行链路上的MODBUS 应用层的参考信息。
GB/T ××××—××××第一部分：Modbus协议 1
MODBUS通讯协议说明 1、概述 Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。 本文档通信协议说明详细地描述了MODBUS设备的输入和输出命令、信息和数据，以便第三方使用和开发。 1.1通信协议的作用 使信息和数据在上位机（主站）和MODBUS设备之间有效地传递，允许访问MODBUS设备的所有测量数据。 MODBUS设备可以实时采集现场各种数据值,具备一个RS485通讯口，能满足MODBUS监控系统的要求。 MODBUS设备通信协议采用MODBUS RTU协议,本协议规定了应用系统中主机与MODBUS 设备之间，在应用层的通信协议，它在应用系统中所处的位置如下图所示： 本协议所处的位置 从机: 1.2 物理接口： 连接上位机的主通信口，采用标准串行RS485通讯口，使用压接底座。 信息传输方式为异步方式，主要配置参数，一般默认：起始位1位，数据位8位，停止位1位，无校验，数据传输缺省速率为9600b/s 2、MODBU通信协议详述 2．1 协议基本规则 以下规则确定在回路控制器和其他串行通信回路中设备的通信规则。 1）所有回路通信应遵照主/从方式。在这种方式下，信息和数据在单个主站和从站（监控设备）之间传递。 2）主站将初始化和控制所有在通信回路上传递的信息。 3）无论如何都不能从一个从站开始通信。 4）所有环路上的通信都以“打包”方式发生。一个包裹就是一个简单的字符串（每个字符串8位），一个包裹中最多可含255个字节。组成这个包裹的字节构成标准异步串行数据，并按8位数据位，1位停止位，无校验位的方式传递。串行数据流由类似于RS232C中使用的设备产生。 5）所有回路上的传送均分为两种打包方式： A) 主/从传送 B) 从/主传送 6）若主站或任何从站接收到含有未知命令的包裹，则该包裹将被忽略，且接收站不予响应。
基于tcp/ip协议的modbus 业以太网与Modbus TCP/IP 一以太网的标准 以太网是一种局域网。早期标准为IEEE802.3，数据链路层使用CSMA/CD，10Mb/s 速度物理层有： (1)10Base5粗同轴电缆，RG-8，一段最长为500m； (2)10Base2细同轴电缆，RG-58，一段最长为185m； (3)10Base T双绞线，UTP或STP，一段最长为100m。 快速以太网为100Mb/s，标准为802.3a，介质为100Base Tx双绞线、100Base Fx光纤。 目前10/100M以太网使用最为普遍，很多企事业用户已实现100M到以太网桌面，确实体验到高速“冲浪”的快感，另外从距离而言，非屏蔽双绞线(UTP)为100m，多模光纤可达2～3km，单模光纤可大于100km。千兆以太网1000Mb/s为802.3z/802.3ab，万兆以太网10Gb/s 为802.3ae，将为新一轮以太网的发展带来新的机遇与冲击。 二工业以太网与商用以太网的区别 什么是工业以太网？技术上，它与IEEE802.3兼容，故从逻辑上可把商用网和工业网看成是一个以太网，而用户可根据现场情况，灵活装配自己的网络部件，但从工业环境的恶劣和抗干扰的要求，设计者希望采用市场上可找到的以太网芯片和媒介，兼顾考虑下述工业现场的特殊要求：首先要考虑高温、潮湿、振动；二是对工业抗电磁干扰和抗辐射有一定要求，如满足EN50081-2、EN50082-2标准，而办公室级别的产品未经这些工业标准测试，表1列出了一些常用工业标准。为改善抗干扰性和降低辐射，工业以太网产品多使用多层线路板或双面电路板，且外壳采用金属如铸铝屏蔽干扰；三是电源要求，因集线器、交换机、收发器多为有源部件，而现场电源的品质又较差，故常采用双路直流电或交流电为其供电，另外考虑方便安装，工业以太网产品多数使用DIN导轨或面板安装；四是通信介质选择，在办公室环境下多数配线使用UTP，而在工业环境下推荐用户使用STP(带屏蔽双绞线)和光纤。
MODBUS-TCP 协议 一以太网的标准 以太网是一种局域网。早期标准为IEEE 802.3，数据链路层使用CSMA/CD，10Mb/s 速度物理层有： (1)10 Base 5粗同轴电缆，RG-8，一段最长为500m； (2)10 Base 2细同轴电缆，RG-58，一段最长为185m； (3)10 Base T双绞线，UTP或STP，一段最长为100m。 快速以太网为100Mb/s，标准为802.3a，介质为100 Base Tx双绞线、100 Base Fx光纤。 目前10/100M以太网使用最为普遍，很多企事业用户已实现100M到以太网桌面，确实体验到高速“冲浪”的快感，另外从距离而言，非屏蔽双绞线(UTP)为100m，多模光纤可达2～3km，单模光纤可大于100km。千兆以太网1000Mb/s为802.3z/802.3ab，万兆以太网10Gb/s 为802.3ae，将为新一轮以太网的发展带来新的机遇与冲击。 二工业以太网与商用以太网的区别 什么是工业以太网？技术上，它与IEEE802.3兼容，故从逻辑上可把商用网和工业网看成是一个以太网，而用户可根据现场情况，灵活装配自己的网络部件，但从工业环境的恶劣和抗干扰的要求，设计者希望采用市场上可找到的以太网芯片和媒介，兼顾考虑下述工业现场的特殊要求：首先要考虑高温、潮湿、振动；二是对工业抗电磁干扰和抗辐射有一定要求，如满足EN50081-2、EN50082-2标准，而办公室级别的产品未经这些工业标准测试，表1列出了一些常用工业标准。为改善抗干扰性和降低辐射，工业以太网产品多使用多层线路板或双面电路板，且外壳采用金属如铸铝屏蔽干扰；三是电源要求，因集线器、交换机、收发器多为有源部件，而现场电源的品质又较差，故常采用双路直流电或交流电为其供电，另外考虑方便安装，工业以太网产品多数使用DIN导轨或面板安装；四是通信介质选择，在办公室环境下多数配线使用UTP，而在工业环境下推荐用户使用STP(带屏蔽双绞线)和光纤。 三TCP/IP 1. 为什么使用TCP/IP？ 最主要的一个原因在于它能使用在多种物理网络技术上，包括局域网和广域网技术。TCP/IP协议的成功很大程度上取决于它能适应几乎所有底层通信技术。 20世纪80年代初，先在X.25上运行TCP/IP协议；而后又在一个拨号语音网络(如电话系统)上使用TCP/IP协议，又有TCP/IP在令牌环网上运行成功；最后又实现了TCP/IP远程
第一章 Modbus 协议 □ 介绍Modbus 协议介绍 □ 两种串行传输模式 □ 信息帧 □ 错误检查方法 Modbus 协议介绍 Modbus 可编程控制器之间可相互通讯，也可与不同网络上的其他设备进行通讯，支撑网络有Modicon 的Modbus 和Modbus+工业网络。网络信息存取可由控制器内置的端口，网络适配器以及Modicon 提供的模块选件和网关等设备实现，对OEM(机械设备制造商)来说，Modicon 可为合作伙伴提供现有的程序，可使Modbus+网络紧密地集成到他们的产品设计中去。 Modicon 的各种控制器使用的公共语言被称为 Modbus 协议，该协议定义了控制器能识别和使用的信息结构。当在Modbus 网络上进行通讯时，协议能使每一台控制器知道它本身的设备地址，并识别对它寻址的数据，决定应起作用的类型，取出包含在信息中的数据和资料等，控制器也可组织回答信息，并使用Modbus 协议将此信息传送出去。 在其他网络上使用时，数据包和数据帧中也包含着Modbus 协议。如，Modbus+或MAP 网络控制器中有相应的应用程序库和驱动程序，实现嵌入式Modbus 协议信息与此网络中用子节点设备间通讯的特殊信息帧的数据转换。 该转换也可扩展，处理节点地址，路由，和每一个特殊网络的错误检查方法。如包含在Modbus 协议中的设备地址，在信息发送前就转换成节点地址，错误检查区也用于数据包，与每个网络的协议一致，最后一点是需用Modbus 协议，写入嵌入的信息，定义应处理的动作。 图1说明了采用不同通讯技术的多层网络中设备的互连方法。在信息交换中，嵌入到每个网络数据包中的Modbus 协议，提 主处理器 4个Modus 设备或网络 编程器 编程器 (去MB+) S980(去MAP) AT/HC-984 和 HOST/MMHI AT/HC-984 HOST/MMHI 984A/B 和 S985
网络由以下来定义： □拓扑（总线，令牌环，星形，树状，网状等等） □物理局限（长度，速率，用户数量，等等） □所采用的传输媒体（线缆，光缆，无线电波等） □网络接入类型（随机接入，主从站，带或不带故障管理的令牌环，等等） □传输模式（同步/异步，分组，串行/并行，NRZ/曼彻斯特编码，等） □协议（TCP/IP，FIP，MODBUS，等）。 系统 每秒钟的波特和比特数 当选用线缆时所要考虑的重要的参数是带宽。带宽与由波特表示的调制速率有关。 波特经常被错误的表示为每秒的比特数。 该参数对用户非常有用。两者容易混淆是由于它们的比价通常为1。 比价为2表示吞吐量是通讯速率的二倍。
结构体系 (以推荐的SubD9连接，波特率1200时最大长度3000米， 波特率9600时最大长度300米，总线拓扑。) （以SubD9或25pts 连接，波特率19200时最大长度15米。） （以推荐的SubD9连接，波特率19200时最大长度1200米。） （以推荐的SubD9连接，波特率19200时最大长度1200米，总线拓扑。） 拓扑 总线 环 星形 点对点
从电源电压（12V或24V）获得的20mA电流流经回路。对于正常线路（20mA：线路静止状态）连接每个站大约损失125V。 □从站的发送器通常和主站的接收器串行连接（正常 线路，20mA静止状态）： 主站从站从站从站 □从站的发送器能和主站的接收器并行连接。在此例 中，线路的静止状态是0mA： 主站从站从站从站
实际的DB25-DB25连接 定义：DTE（数据终端设备）表示终端或计算机。 定义：DCE（数据通讯设备）表示调制解调器（或打印机）。□用直接的PIN-TO-PIN电缆连接不同类型的设备（DTE-DCE）。 □用特殊电缆连接相同类型的设备： 2DTE-DTE，用NUL-调制解调器电缆， 2DCE-DCE，用NUL-终接电缆。 注意：术语“DCE”和“DTE”与连接器的类型和性别无关。 标准的RS232C不能明确定义连接器是插头型还是插座型。它的目的只是标准化其连接器针及所用电压的功能和用途。 定义：并行通讯是指8位二进制码元（1个字节）同时传输。字节中的8个比特同时送往通讯介质。 打印机通常用带有DB25连接器的并行电缆连接到计算机上。 并行电缆的最大长度是30米。并行电缆太长会使所传输的数据出错，这是由于电磁干扰和矩形波发生变形。（当为比特1或0时） 定义：串行通讯是指比特一个接一个传输。 该模式用于两个机器间的距离太远而不能用并行连接的情况。注意计算机和调制解调器以串行连接。制造商通常按照标准RS232-C来做。 推荐的串行电缆的最大长度是30米，如果考虑到标准 RS232-C所规定的电气特性，还可采用更长的电缆。
第一部分：Modbus协议 1 引言 1.1 范围 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。 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。 目前，继续增加对简单而雅观的MODBUS结构支持。互联网组织能够使TCP/IP栈上的保留系统端口502访问MODBUS。 MODBUS是一个请求/应答协议，并且提供功能码规定的服务。MODBUS功能码是MODBUS 请求/应答PDU的元素。本文件的作用是描述MODBUS事务处理框架内使用的功能码。 1.2 规范性引用文件 1．RFC791，互联网协议，Sep81 DARPA 2．MODBUS协议参考指南Rev J,MODICON，1996年6月，doc#PI_MBUS_300 MODBUS是一项应用层报文传输协议，用于在通过不同类型的总线或网络连接的设备之间的客户机/服务器通信。 目前，使用下列情况实现MODBUS： 以太网上的TCP/IP。 各种媒体（有线：EIA/TIA-232-E、EIA-422、EIA/TIA-485-A；光纤、无线等等）上的异步串行传输。 MODBUS PLUS，一种高速令牌传递网络。 图1：MODBUS通信栈 2 缩略语 ADU 应用数据单元 2
HDLC 高级数据链路控制 HMI 人机界面 IETF 因特网工程工作组 I/O 输入/输出设备 IP 互连网协议 MAC 介质访问控制 MB MODBUS协议 MBAP MODBUS协议 PDU 协议数据单元 PLC 可编程逻辑控制器 TCP 传输控制协议 3 背景概要 MODBUS协议允许在各种网络体系结构内进行简单通信。 图2：MODBUS网络体系结构的实例 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 协议来启动远程操作。 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。 4 总体描述 4.1 协议描述 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。 3
Modbus通信协议 摘要：工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制，如今已进入网络时代，工业控制器连网也为网络管理提供了方便。Modbus就是工业控制器的网络协议中的一种。关键词：Modbus协议；串行通信；LRC校验；CRC校验；RS-232C 一、Modbus 协议简介 Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议， 控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间 可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的 控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。 此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经 过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过 程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它 制定了消息域格局和内容的公共格式。 当在一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它 们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如 果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它 网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包 结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及 错误检测的方法。 1、在Modbus网络上转输 标准的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口 的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或 经由Modem组网。 控制器通信使用主—从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输 （查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相 应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编 程控制器。 主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。 如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查 询的，则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询的格式：设 备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。 从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何 要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错 误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作 为回应发送出去。