Modbus通信协议

Modbus通信协议

一、Modbus 协议简介

Modbus是一种常用的通信协议，用于在不同设备之间进行数据传输。它是一种简单而有效的通信协议，广泛应用于工业自动化领域。Modbus协议可以通过Modbus网络进行传输，也可以在其他类型网络上进行传输。在Modbus通信中，存在查询-回应的周期。

二、两种传输方式

Modbus协议支持两种传输方式：ASCII模式和RTU模式。

1. ASCII模式：在ASCII模式下，数据以ASCII字符形式传输。每个数据字节都被转换为两个ASCII字符，其中一个字符表示高4位，另一个字符表示低4位。ASCII模式相对较为可读，但传输效率较低。
2. RTU模式：在RTU模式下，数据以二进制形式传输。每个数据字节都以二进制形式传输，没有转换成字符。RTU模式传输效率较高，但不易读取。

三、Modbus消息帧

Modbus消息帧是Modbus协议中的基本数据单元，用于在设备之间传输数据。根据传输方式的不同，Modbus消息帧分为ASCII帧和RTU帧。

1. ASCII帧：ASCII帧由起始符号、设备地址、功能码、数据和校验字段组成。起始符号是一个冒号（:），用于表示帧的开始。设备地址指示消息发送或接收的设备。功能码表示要执行的操作类型。数据字段包含要传输的数据。校验字段用于检测数据的完整性。
2. RTU帧：RTU帧由设备地址、功能码、数据、校验字段组成。设备地址、功能码和校验字段的格式在RTU模式下与ASCII模式略有不同。
3. 地址域：地址域用于指示特定设备在通信中的地址。
4. 如何处理功能域：功能域用于指示执行的操作类型，如读取、写入等。
5. 数据域：数据域包含要传输的具体数据。
6. 错误检测域：错误检测域用于检测数据传输过程中是否存在错误。

四、错误检测方法

Modbus协议使用不同的错误检测方法来确保数据传输的准确性。

1. 奇偶校验：奇偶校验是一种简单的错误检测方法，通过检查数据中1的个数来确定奇偶性。如果数据中1的个数为奇数，校验位设置为0，如果为偶数，校验位设置为1。
2. LRC检测：LRC（Longitudinal Redundancy Check）是一种更可靠的错误检测方法，通过对数据进行异或运算来计算校验值。发送方将计算得到的校验值附加到数据帧中，接收方通过重新进行异或运算来验证数据的完整性。
3. CRC检测：CRC（Cyclic Redundancy Check）是一种常用的错误检测方法，通过对数据进行多项式除法运算来计算校验值。发送方将计算得到的校验值附加到数据帧中，接收方通过进行同样的多项式除法运算来验证数据的完整性。

五、MODBUS通讯协议及编程

1. Modbus-RTU协议

   1.1. 帧结构：Modbus-RTU协议的帧结构与前面提到的RTU帧相同，包括设备地址、功能码、数据和校验字段。

   1.2. 常用功能码：Modbus-RTU协议定义了一系列常用的功能码，用于执行不同的操作，如读取保持寄存器、写入单个寄存器、写入多个寄存器等。

   1.3. 常用功能码使用举例分析：

   1.3.1 功能码-0x03读保持寄存器：该功能码用于从设备中读取一个或多个保持寄存器的值。

   1.3.2 功能码-0x06写单个寄存器：该功能码用于向设备中写入一个保持寄存器的值。

   1.3.3 功能码-0x10写多个寄存器：该功能码用于向设备中写入多个连续的保持寄存器的值。

2. Modbus-ASCII

   2.1 Modbus-ASCII简介：Modbus-ASCII是一种基于ASCII码的Modbus通信协议。数据以ASCII字符形式传输，每个字节由两个ASCII字符表示。

   2.2. 帧形式：Modbus-ASCII的帧形式与前面提到的ASCII帧相同，包括起始符号、设备地址、功能码、数据和校验字段。

3. Modbus-TCP

   3.1 Modbus-TCP帧形式：Modbus-TCP是基于TCP/IP协议的Modbus通信协议。数据以二进制形式通过TCP/IP网络传输。

   3.2. Modbus-TCP使用举例分析：在Modbus-TCP通信中，使用TCP/IP套接字进行通信。客户端通过建立TCP连接向服务器发送Modbus请求，服务器接收请求并返回相应的数据。

以上是关于Modbus通信协议的详细解析。通过了解Modbus协议的帧结构、传输方式和错误检测方法，可以更好地理解和应用Modbus通信协议及相关编程。

以下是一些常见的示例，涵盖了使用Modbus协议进行数据读取和写入的情况:

1. 使用Modbus-RTU进行数据读取：

using Modbus.Device;
using System;
using System.IO.Ports;

// 创建串口连接
SerialPort serialPort = new SerialPort("COM1");
serialPort.BaudRate = 9600;
serialPort.DataBits = 8;
serialPort.Parity = Parity.None;
serialPort.StopBits = StopBits.One;
serialPort.Open();

// 创建 Modbus Master
IModbusSerialMaster modbusMaster = ModbusSerialMaster.CreateRtu(serialPort);

// 读取保持寄存器的值
ushort startAddress = 0x0000;
ushort numRegisters = 10;
ushort[] registers = modbusMaster.ReadHoldingRegisters(1, startAddress, numRegisters);

// 打印读取的结果
for (int i = 0; i < numRegisters; i++)
{
Console.WriteLine($"Register {startAddress + i}: {registers[i]}");
}

// 关闭串口连接
serialPort.Close();

2. 使用 Modbus-RTU 进行数据写入：

using Modbus.Device;
using System;
using System.IO.Ports;

// 创建串口连接
SerialPort serialPort = new SerialPort("COM1");
serialPort.BaudRate = 9600;
serialPort.DataBits = 8;
serialPort.Parity = Parity.None;
serialPort.StopBits = StopBits.One;
serialPort.Open();

// 创建 Modbus Master
IModbusSerialMaster modbusMaster = ModbusSerialMaster.CreateRtu(serialPort);

// 写入单个保持寄存器的值
ushort registerAddress = 0x0000;
ushort value = 12345;
modbusMaster.WriteSingleRegister(1, registerAddress, value);

Console.WriteLine("Write operation completed.");

// 关闭串口连接
serialPort.Close();

3. 使用 Modbus-TCP 进行数据读取：

using Modbus.Device;
using System;
using System.Net.Sockets;

// 创建 TCP 连接
TcpClient tcpClient = new TcpClient("192.168.1.1", 502);

// 创建 Modbus Master
IModbusMaster modbusMaster = ModbusIpMaster.CreateIp(tcpClient);

// 读取保持寄存器的值
ushort startAddress = 0x0000;
ushort numRegisters = 10;
ushort[] registers = modbusMaster.ReadHoldingRegisters(1, startAddress, numRegisters);

// 打印读取的结果
for (int i = 0; i < numRegisters; i++)
{
Console.WriteLine($"Register {startAddress + i}: {registers[i]}");
}

// 关闭 TCP 连接
tcpClient.Close();

这些示例代码演示了使用 C#与 Modbus 设备进行通信的基本操作，包括数据读取和写入。您可以根据实际需求进行修改和扩展，以适应您的应用场景和设备要求。请确保根据实际情况配置正确的串口或 TCP 连接参数，并根据设备的寄存器地址和功能码进行相应的读写操作。