一篇文章全面解析Modbus協(xié)議中的消息幀

在 Modbus網(wǎng)絡(luò)通信的兩種傳輸模式中（ ASCII或RTU），傳輸設(shè)備以將Modbus消息轉(zhuǎn)為有起點(diǎn)和終點(diǎn)的幀，這就允許接收的設(shè)備在消息起始處開始工作，讀地址分配信息，判斷哪一個(gè)設(shè)備被選中（廣播方式則傳給所有設(shè)備），判知何時(shí)信息已完成。部分的消息也能偵測到并且錯(cuò)誤能設(shè)置為返回結(jié)果。

1、ASCII幀

使用ASCII模式，消息以冒號(hào)（:）字符（ASCII碼 3AH）開始，以回車換行符結(jié)束（ASCII碼 0DH,0AH）。

其它域可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0...9,A...F。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備不斷偵測“:”字符，當(dāng)有一個(gè)冒號(hào)接收到時(shí)，每個(gè)設(shè)備都解碼下個(gè)域（地址域）來判斷是否發(fā)給自己的。

消息中字符間發(fā)送的時(shí)間間隔最長不能超過1秒，否則接收的設(shè)備將認(rèn)為傳輸錯(cuò)誤。一個(gè)典型消息幀如下所示：

2.RTU幀

使用RTU模式，消息發(fā)送至少要以3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開始。在網(wǎng)絡(luò)波特率下多樣的字符時(shí)間，這是最容易實(shí)現(xiàn)的(如下圖的T1-T2-T3-T4所示)。傳輸?shù)牡谝粋€(gè)域是設(shè)備地址?？梢允褂玫膫鬏斪址鞘M(jìn)制的0...9,A...F。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測網(wǎng)絡(luò)總線，包括停頓間隔時(shí)間內(nèi)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)域（地址域）接收到，每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行解碼以判斷是否發(fā)往自己的。在最后一個(gè)傳輸字符之后，一個(gè)至少3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束。一個(gè)新的消息可在此停頓后開始。

整個(gè)消息幀必須作為一連續(xù)的流轉(zhuǎn)輸。如果在幀完成之前有超過1.5個(gè)字符時(shí)間的停頓時(shí)間，接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域。同樣地，如果一個(gè)新消息在小于3.5個(gè)字符時(shí)間內(nèi)接著前個(gè)消息開始，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。這將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)樵谧詈蟮腃RC域的值不可能是正確的。一典型的消息幀如下所示：

3.地址域

消息幀的地址域包含兩個(gè)字符（ASCII）或8Bit（RTU）?？赡艿膹脑O(shè)備地址是0...247 (十進(jìn)制)。單個(gè)設(shè)備的地址范圍是1...247。主設(shè)備通過將要聯(lián)絡(luò)的從設(shè)備的地址放入消息中的地址域來選通從設(shè)備。當(dāng)從設(shè)備發(fā)送回應(yīng)消息時(shí)，它把自己的地址放入回應(yīng)的地址域中，以便主設(shè)備知道是哪一個(gè)設(shè)備作出回應(yīng)。

地址0是用作廣播地址，以使所有的從設(shè)備都能認(rèn)識(shí)。當(dāng)Modbus協(xié)議用于更高水準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)，廣播可能不允許或以其它方式代替。

4.如何處理功能域

消息幀中的功能代碼域包含了兩個(gè)字符（ASCII）或8Bits（RTU）?？赡艿拇a范圍是十進(jìn)制的1...255。當(dāng)然，有些代碼是適用于所有控制器，有此是應(yīng)用于某種控制器，還有些保留以備后用。

當(dāng)消息從主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備時(shí)，功能代碼域?qū)⒏嬷畯脑O(shè)備需要執(zhí)行哪些行為。例如去讀取輸入的開關(guān)狀態(tài)，讀一組寄存器的數(shù)據(jù)內(nèi)容，讀從設(shè)備的診斷狀態(tài)，允許調(diào)入、記錄、校驗(yàn)在從設(shè)備中的程序等。

當(dāng)從設(shè)備回應(yīng)時(shí)，它使用功能代碼域來指示是正常回應(yīng)(無誤)還是有某種錯(cuò)誤發(fā)生（稱作異議回應(yīng)）。對(duì)正?；貞?yīng)，從設(shè)備僅回應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。對(duì)異議回應(yīng)，從設(shè)備返回一等同于正常代碼的代碼，但最重要的位置為邏輯1。

例如：一從主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備的消息要求讀一組保持寄存器，將產(chǎn)生如下功能代碼：0 0 0 0 0 0 1 1 （十六進(jìn)制03H）

對(duì)正常回應(yīng)，從設(shè)備僅回應(yīng)同樣的功能代碼。對(duì)異議回應(yīng)，它返回：1 0 0 0 0 0 1 1 （十六進(jìn)制83H）

除功能代碼因異議錯(cuò)誤作了修改外，從設(shè)備將一獨(dú)特的代碼放到回應(yīng)消息的數(shù)據(jù)域中，這能告訴主設(shè)備發(fā)生了什么錯(cuò)誤。

主設(shè)備應(yīng)用程序得到異議的回應(yīng)后，典型的處理過程是重發(fā)消息，或者診斷發(fā)給從設(shè)備的消息并報(bào)告給操作員。

5.字符的連續(xù)傳輸

當(dāng)消息在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus系列網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)，每個(gè)字符或字節(jié)以如下方式發(fā)送（從左到右）：最低有效位...最高有效位

使用ASCII字符幀時(shí)，位的序列是：

使用RTU字符幀時(shí)，位的序列是：

6.Modbus協(xié)議下的數(shù)據(jù)傳輸

西門子S7-1200 與 觸摸屏之間無線Modbus通信。威綸通觸摸屏作為主站，S7-1200作為從站，并采用PLC專用無線通訊終端DTD434MC作為實(shí)現(xiàn)無線通訊的硬件設(shè)備。

多臺(tái)匯川PLC之間基于MODBUS通訊協(xié)議下的無線通信。采用PLC專用無線通訊終端DTD435M作為實(shí)現(xiàn)無線通訊的硬件設(shè)備，無需更改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)直接替換有線連接。

基于Modbus RTU協(xié)議下實(shí)現(xiàn)的1主多從自組網(wǎng)無線通信形式，主站為組態(tài)王，從站為DTD433H。采用無線開關(guān)量信號(hào)測控終端DTD433H與無線通信數(shù)據(jù)終端DTD433MC，作為實(shí)現(xiàn)無線通訊的硬件設(shè)備。DTD433H具備輸入和輸出開關(guān)量信號(hào)功能，信號(hào)傳輸方向由用戶原系統(tǒng)主從設(shè)備所實(shí)現(xiàn)的功能決定。

2臺(tái)組態(tài)王和1臺(tái)三菱FX5u PLC之間無線以太網(wǎng)通信，采用了三菱PLC無線通訊終端DTD419MB作為實(shí)現(xiàn)無線通訊的硬件設(shè)備。無需更改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和原有程序，通過DTD419MB即可直接替換組態(tài)王與PLC之間有線以太網(wǎng)通訊，且穩(wěn)定方便的實(shí)現(xiàn)ModbusTCP/IP協(xié)議下無線以太網(wǎng)通訊。