深入解析Modbus TCP通信机制，揭秘总线三大协议类型

在工业自动化领域，Modbus总线因其广泛应用和简单易用的特点而备受推崇。其中，Modbus TCP协议作为一种基于TCP/IP的网络通信协议，其优势在于能够有效利用现有的以太网基础设施，从而实现远程监控和控制设备。为了更好地理解Modbus TCP及其工作原理，我们需要了解它与其他两种主要的Modbus协议——RTU和ASCII之间的差异。

首先，要明确的是，Modbus总线共有三种主要的通信协议：RTU（可编程器件）, ASCII（文本模式），以及TCP（传输控制协议）。每种协议都有其特定的优缺点，并适用于不同的应用场景。在此，我们将重点探讨TCP版本，因为它提供了更高效、更灵活的网络通信能力。

下面我们来详细介绍一下如何构建一个完整的数据包，以及这些数据包是如何被发送和接收的。

Modbus PDU结构

在进行任何形式的数据交换之前，都必须遵循一个基本结构，这个结构被称为“请求应答单元”(Protocol Data Unit, PDU)。PDU由两个部分组成：功能码+数据。这一组合可以用来执行各种操作，如读取或写入寄存器等。

功能码：长度为1字节，是指示要执行哪个具体操作的一串代码。

数据：长度从0到252字节，可以包含地址信息、要读取或写入值等内容，以便正确执行相应操作。

ADU构成

为了将PDU映射到物理层次上形成实际可发送格式，我们需要使用所谓的一个"应用程序数据单元" (Application Data Unit, ADU)。ADU包括MBAP头部加上PDU。不同底层物理结构对应不同的ADUs，但它们使用相同的PDU格式，使得用户无需关心底层细节即可进行通讯。

MBAP Header

MBAP Header是一个7字节长，它是ADU中的第一个部分，它包含了以下几项信息：

传输标识符(TID): 用于匹配请求与响应。

协议标识符(PID): 标识该消息属于哪个系统，即'0'代表MODBUS。

长度(Len): 包含后续所有字段及PDU长度，以字节计。

单位标识符(Unit ID): 在多站配置中用于寻址目的站。

应用程序数据单元(ADU)

最后，将MBAP头部附加到PDUn上，就形成了完整的一份MODBUS-TCP应用程序数据单元(ADU)。

MODBUS-TCP客户端/服务器模型

MODBUS-TCP采用客户端/服务器模型进行通信，其中服务器通常负责管理连接并处理来自客户端请求，而客户端则向服务器发出命令以访问或修改设备状态。此模型允许多台设备通过同一网络同时与中央控制中心进行交互，无需复杂路由设置或专门硬件支持，从而极大提高了灵活性和成本效益。

模式选择

尽管IP地址和端口号对于建立连接至关重要，但它们并不直接出现在MODBUS-TCP PDUn中。这是因为IP地址和端口号属于传输层/网络层，而不属于应用层上的MODBUS-TCP。而实际情况中，在创建socket时会指定目标主机名或者IP地址以及监听/连接到的服务端口号。当socket实例准备好时，它们就像微型代理一样，将我们的命令封装进适当大小范围内，然后将他们转发给最终接受者。在这个过程中，不仅要考虑整个路径，还要确保每一步都是安全且可靠地完成事务—这就是为什么你经常听到人们提及SOCKET技术或者PLC库指令集这样的概念: 它们简化了复杂任务，让开发人员能够专注于业务逻辑设计，而不是低级别网络细节.

最后但同样重要的是，如果你的项目涉及到了使用TCP/IP，你应该知道标准.MODBUSTcp默认监听502端口，所以一定要确保你的环境不会干扰其他人正在尝试做的事情。如果你想让自己的系统运行良好，那么就不能让他人占据这个关键资源。你还记得昌晖仪表最近发布过关于PLC编程教程吗？那篇文章深入探讨了一些常见问题，并提供了一些建议帮助新手解决这些问题。如果你感兴趣的话，不妨去看看吧！