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一、協(xié)議的特點

TCP協(xié)議是1996年施耐德公司推出的基于TCP/IP協(xié)議的Modbus協(xié)議。此協(xié)議與Modbus-RTU協(xié)議最大的不同就是使用了在TCP/IP協(xié)議上專用的報文識別Modbus應用數(shù)據(jù)單元。這種報文頭被稱為MBAP報文頭。

MBAP報文頭

報文頭的長度是7個字節(jié)，分別有：事務處理標識符，長度為兩個字節(jié)，用于事務處理配對。它是Modbus的事務處理碼，每次通信后就要加一。協(xié)議標識符，長度為兩個字節(jié)，用于系統(tǒng)內(nèi)的多路復用。當它的值是0（00 00），表示使用Modbus協(xié)議。長度，由兩個字節(jié)構成，用于說明下面還有多少個字節(jié)的數(shù)量。這樣即使TCP將整個報文分為多個信息包傳輸，接收者也能識別報文的邊界。單元標識符，由一個字節(jié)構成，當Modbus客戶端在請求中設置這個域，在響應中服務器必須利用相同的值返回這個域，可以將其理解為設備地址。報文頭之后的功能碼和數(shù)據(jù)部分與Modbus-RTU協(xié)議相似。我們還是以實際的報文加以說明。

報文頭各區(qū)域含義

二、實驗設備介紹

實驗中將網(wǎng)絡調(diào)試助手軟件作為客戶機（主站），MT1004或MT2003遠程I/O模塊作為服務器（從站）。

主站和從站

MT1004有16個DO輸出端口（線圈）。

MT1004

MT2003有8組AI端口。

MT2003

它們可以測量電壓和電流信號。模塊的配套軟件可以查詢它的詳細信息也具有修改端口號等功能。我們盡量將端口號設置在2000以上，避免與其他協(xié)議產(chǎn)生沖突。打開MT軟件，找到模塊的IP地址、網(wǎng)關、端口等信息。在網(wǎng)絡調(diào)試助手的網(wǎng)絡設置中，選擇TCP Client協(xié)議類型，輸入遠程主機地址為192.168.1.200，遠程主機端口為2000。接著改變電腦的IP地址，使它們處于同一個網(wǎng)段內(nèi)。打開電腦的網(wǎng)絡設置，選擇以太網(wǎng)，點擊屬性，選中Internet協(xié)議版本4，點擊屬性，輸入IP地址為：192.168.1.111，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，點擊確定。返回網(wǎng)絡調(diào)試助手，點擊連接，這樣就可以在客戶端和服務器之間建立通信。此次通信我們沒有將模塊并聯(lián)到一起，所以兩模塊的參數(shù)設置都是相同的。（此段內(nèi)容是軟件及電腦的設置內(nèi)容，在文章下方推薦的視頻鏈接中可以看到。）

三、報文詳細說明

打開網(wǎng)絡調(diào)試軟件，點擊左上角電腦圖標，在工具選項中選擇MODBUS調(diào)試器，在出現(xiàn)的窗口中選擇Modbus-TCP協(xié)議?，F(xiàn)在我們想讀取模塊DO 5～DO 10的狀態(tài)。我們根據(jù)指令填寫字節(jié)，設備默認的ID是01，Do在Modbus中被稱為線圈，所以選擇01命令。這里我們給出協(xié)議中四種數(shù)據(jù)類型的特征以及功能碼匯總。

寄存器種類

常用功能碼描述

打開MT1004模塊的用戶手冊選擇相應的寄存器地址。

MT1004映射表

通道5的地址是00006，輸入的地址應該是0x0005。讀取數(shù)據(jù)的長度是6個。所以生成的報文為：00 04 00 00 00 06 01 01 00 05 00 06。

01命令的請求報文

我們嘗試分析這個報文：00 04，是報文頭的事務處理標識，點擊更新我們能看到它會加一，變?yōu)?0 05；

任務處理標識自動加1

00 00，是協(xié)議標識，說明使用Modbus協(xié)議；00 06，說明之后有六個字節(jié)的報文內(nèi)容；01，是單元標識符，也就是設備地址；01，是功能碼，表示讀取線圈狀態(tài)；00 05，是寄存器起始地址；00 06，是讀取的線圈數(shù)量。調(diào)整接收設置的格式為HEX，服務器（從機）返回的響應報文是：00 05 00 00 00 04 01 01 01 00。

01命令的響應報文

00 05，是此次通信的事務處理標識，與請求報文保持一致；00 00，是協(xié)議標識符，與請求報文一致；00 04，是提示之后有4個字節(jié)長度的內(nèi)容；01，是設備地址；01，是功能碼，與請求報文相同；01，說明接下來的報文長度；00，表明DO線圈均處于斷開狀態(tài)（0000 0000），高位用零補充。

接下來我們以閉合、斷開的規(guī)律改變通道5～10的線圈狀態(tài)，也就是進行寫線圈操作，它的命令是0F。生成的報文是：00 07 00 00 00 08 01 0F 00 05 00 06 01 15。

0F命令的請求報文

報文的解釋是：00 07，事務處理標識符；00 00，協(xié)議標識，說明使用Modbus協(xié)議；00 08，說明接下來有8個字節(jié)的報文長度；01，是設備地址；0F，是功能碼，請求執(zhí)行寫線圈操作；00 05，是寄存器的起始地址；00 06，是寫寄存器的個數(shù)；01，說明之后有一個字節(jié)的內(nèi)容；15，反映了要寫入的寄存器狀態(tài)，我們將其寫成二進制是：0001 0101，對應通道是10、9、8、7、6、5，最高兩位以0補齊。

響應報文是：00 07 00 00 00 06 01 0F 00 05 00 06。

0F命令的響應報文

對它的解釋是：00 07為事務處理標識符；00 00為協(xié)議標識符；00 06說明后面有6個字節(jié)的報文長度；01為設備地址；0F為功能碼；00 05是開始寄存器的地址；00 06是服務器一共改寫了6個線圈的狀態(tài)，我們可以打開軟件看一下?？梢娨呀?jīng)成功為線圈寫入狀態(tài)。

線圈狀態(tài)

最后，我們將壓力傳感器連接到MT2003模塊的AI 5通道上，嘗試讀取采集卡的輸入寄存器的值，功能碼是：04。各設備的接線圖如下圖所示：

設備接線圖

打開用戶手冊，AI 5的寄存器地址是6（十進制），

MT2003映射表

所以生成的響應報文是：00 05 00 00 00 06 01 04 00 05 00 01。

04命令的請求報文

返回的響應報文是：00 05 00 00 00 05 01 04 02 61 11。

04命令的響應報文

通過報文可以看到，模塊寄存器中的值是61 11，它反映了模塊采集到的電流值的大小。將其轉(zhuǎn)換為十進制是24849。根據(jù)用戶手冊，4mA～20mA的電流值對應0～65535（十進制）的數(shù)據(jù)值，所以24849對應的電流值為10.07mA。依據(jù)壓力傳感器的技術指標，其測量到的壓力大小約為39.1MPa。計算過程如下圖所示。

計算（一）計算（二）