反复探究Modbus TCP协议两种常见现场总线技术的深度解析
深入解析Modbus TCP通信机制：两种常见现场总线技术的对比分析
在工业自动化领域，Modbus总线以其广泛应用和强大的灵活性而闻名。它提供了三种协议类型：RTU、ASCII和TCP，以适应不同的通信需求。今天，我们将专注于Modbus TCP协议，这是一种基于TCP/IP网络的协议，它结合了传统串行通信的稳定性和现代网络技术的扩展性。
为了理解Modbus TCP，我们首先需要了解其基础结构。在进行通信之前，设备之间需要协商数据结构，这是通过“应用数据单元”（Application Data Unit, ADU）完成的。ADU由两个部分组成：物理层次上的“物理地址单元”（Physical Address Unit, PAU）和逻辑层次上的“协议数据单元”（Protocol Data Unit, PDU）。
PDU是所有Modbus版本共享的一个通用概念，它包含了功能码和相关数据。功能码用于指示要执行的操作，如读取或写入，而相关数据则根据功能码不同而变化。这使得PDU能够灵活地适应各种需求，无论是在串行链路还是以太网上。
然而，由于底层网络结构差异，同一套PDU在不同网络环境下可能表现出不同的行为。在串行链路上，使用的是RTU或ASCII模式，而在以太网环境中，则采用的是TCP模式。在这种情况下，PDU被包裹在一个称为MBAP头（ModBus Application Protocol Header）的7字节结构中。此头部包括传输标识符、协议标识符、长度字段以及站寻址信息。
值得注意的是，即便是在TCP/IP网络环境中，将IP地址和端口号与之关联也是必要的，但这些信息并不直接嵌入到MBAP头中，因为它们属于更低级别的一层——即传输控制协议(TCP)所使用的事务控制流程，以及互联网互连网(IP)所定义的地理区域划分。这意味着当发送MODBUS-TCP消息时，从顶向下的顺序是这样的：
从应用程序开始
通过SOCKET库进入到TCP/UDP/ICMP等传输层
然后进入IP地址分段，并最终达到物理介质
反之，当接收MODBUS-TCP消息时，从底向上依次经过以下步骤：
从物理介质读取IP报文
将IP报文交给MAC硬件处理器进行MAC帧封装
将MAC帧交给OSI模型中的第二个高级别—Link Layer处理(如以太网)
在那里，它会被转换成一个可理解形式并交付给Socket API，使得我们的程序可以访问它
最后，在这个过程中，不要忘记选择合适的端口号来确保无冲突，因为MODBUS-TCP默认使用502端口。
我们将继续探索如何利用PLC编程实现基于PC与PLC之间MODBUS-TCP通讯，以及如何利用Socket API从PC编程角度实现相同目的。如果你对这方面感兴趣，请留意昌晖仪表未来的文章更新。