一、Modbus TCP通信概述

MODBUS/TCP是簡單的、中立廠商的用于管理和控制自動化設備的MODBUS系列通訊協議的派生產品，顯而易見，它覆蓋了使用TCP/IP協議的“Intranet”和“Internet”環境中MODBUS報文的用途。協議的最通用用途是為諸如PLC，I/O模塊，以及連接其它簡單域總線或I/O模塊的網關服務的。

Modbus TCP協議是在RTU協議前面添加MBAP報文頭，由于TCP是基于可靠連接的服務，RTU協議中的CRC校驗碼就不再需要，所以在Modbus TCP協議中是沒有CRC校驗碼。(使用上的主要區別)。MBAP報文頭：

事務處理標識 ( 2字節 ) 協議標識( 2字節 ) 長度( 2字節 ) 單元標識符(1字節 )

二. 通訊所使用的以太網參考模型

Modbus TCP傳輸過程中使用了TCP/IP以太網參考模型的5層：

第一層：物理層，提供設備物理接口，與市售介質/網絡適配器相兼容

第二層：數據鏈路層，格式化信號到源/目硬件址數據幀

第三層：網絡層，實現帶有32位IP址IP報文包

第四層：傳輸層，實現可靠性連接、傳輸、查錯、重發、端口服務、傳輸調度

第五層：應用層，Modbus協議報文

三. Modbus TCP數據幀

由于使用以太網TCP/IP數據鏈路層的校驗機制而保證了數據的完整性，MODBUS TCP 報文中不再帶有數據校驗”CHECKSUM”，原有報文中的“ADDRESS”也被“UNIT ID”替代而加在MODBUS應用協議報文頭中。

由MBAP 頭和PDU 構成， MBAP= Modbus Application Protocol Header(Modbus應用協議) 頭部

PDU = Protocol Data Unit （數據單元）

ADU：Application Data Unit

四. Modbus TCP使用的通訊資源端口號

在Modbus服務器中按缺省協議使用Port 502 通信端口，在Modbus客戶器程序中設置任意通信端口，為避免與其他通訊協議的沖突一般建議2000開始可以使用。

五. Modbus TCP使用的功能代碼

按照使用的通途區分，共有3種類型分別為：

1) 公共功能代碼：已定義好功能碼，保證其唯一性，由Modbus.org認可；

2) 用戶自定義功能代碼有兩組，分別為65～72和100～110，無需認可，但不保證代碼使用唯一性,如變為公共代碼，需交RFC認可；

3) 保留功能代碼，由某些公司使用某些傳統設備代碼，不可作為公共用途。

modbus的操作對象有四種：線圈、離散輸入、輸入寄存器、保持寄存器

線圈：PLC的輸出位，開關量，在MODBUS中可讀可寫

離散量：PLC的輸入位，開關量，在MODBUS中只讀

輸入寄存器：PLC中只能從模擬量輸入端改變的寄存器，在MODBUS中只讀

保持寄存器：PLC中用于輸出模擬量信號的寄存器，在MODBUS中可讀可寫

根據對象的不同，modbus的功能碼有：

0x01：讀線圈

0x02：讀離散量輸入

0x03：讀保持寄存器

0x04：讀輸入寄存器

0x05：寫單個線圈

0x06：寫單個保持寄存器

0x10：寫多個保持寄存器

0x0F：寫多個線圈

按照應用深淺，可分為3個類別：

1) 類別0，客戶機/服務器最小可用子集：讀多個保持寄存器(fc.3)；寫多個保持寄存器(fc.16)。

2) 類別1，可實現基本互易操作常用代碼：讀線圈(fc.1)；讀開關量輸入(fc.2)；讀輸入寄存器(fc.4)；寫線圈(fc.5)；寫單一寄存器(fc.6)。

3) 類別2，用于人機界面、監控系統例行操作和數據傳送功能：強制多個線圈(fc.15)；讀通用寄存器(fc.20)；寫通用寄存器(fc.21)；屏蔽寫寄存器(fc.22)；讀寫寄存器(fc.23)。

六. Modbus TCP通訊應用舉例

在讀寄存器的過程中，以Modbus TCP請求報文為例,具體的數據傳輸過程如下：

1) Modbus TCP客戶端實況，用Connect()命令建立目標設備TCP 502端口連接數據通信過程；

2) 準備Modbus報文，包括7個字節MBAP內請求；

3) 使用send()命令發送；

4) 同一連接等待應答；

5) 同recv()讀報文，完成一次數據交換過程；

6) 當通信任務結束時，關閉TCP連接，使服務器可以為其他服務。

七. Modbus TCP相比較Modbus RTU的優勢

1) 當多個網關共同接一個后臺服務器，而一個網關下掛接多個485設備時，如果不同的網關掛接同樣地址號的485設備時那么后臺服務器無法區分是哪個485從設備，并且最多只能限制485設備個數254個，而modbus-tcp協議包含自定義報文頭4個字節和數據長度，我們可以通過報文頭標識不同的網關或者通過數據長度區分，從而增加了可拓展的485設備個數，很好的解決了問題。

2) 目前Modbus TCP/IP協議主要應用領域Internet或Intranet中，而以太網傳輸距離遠、傳輸速度快，使得應用范圍廣泛傳輸距離遠、傳輸速度快，使得應用范圍廣泛。