為了進行通信，Modbus規(guī)定了一種很簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，被稱為“協(xié)議數(shù)據(jù)單元”(Protocol Data Unit，PDU)。協(xié)議數(shù)據(jù)單元由功能碼+數(shù)據(jù)構(gòu)成，如下面這張圖：
功能碼的長度為1個字節(jié)，它表示要執(zhí)行的功能。比如常見的：01讀取線圈；02讀取離散量輸入值；03讀取保持寄存器值；05寫單個線圈等；數(shù)據(jù)部分的長度為0-252個字節(jié)，它表示要讀的地址或者要寫入的值，不同的功能碼對應(yīng)的數(shù)據(jù)有所不同。比如01功能碼，其數(shù)據(jù)為4個字節(jié)，其中前兩個字節(jié)表示要讀取的線圈的地址，后兩個字節(jié)表示要讀取線圈的數(shù)量；而對于05功能碼，其數(shù)據(jù)也是4個字節(jié)，前兩個字節(jié)表示要寫入線圈的地址，后面兩字節(jié)表示要寫入的值。
協(xié)議數(shù)據(jù)單元有三種類型：請求型協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Request PDU）、應(yīng)答型協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Response PDU)、及異常應(yīng)答型協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Exception Response PDU)，更多關(guān)于協(xié)議數(shù)據(jù)單元的內(nèi)容，大家可以去Modbus官網(wǎng)(
)下載通信規(guī)范好好閱讀。協(xié)議數(shù)據(jù)單元是Modbus的通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它與底層物理結(jié)構(gòu)無關(guān)，Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus TCP都使用相同的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。但是，Modbus在通信的時候，總要依賴物理網(wǎng)絡(luò)。因此要把協(xié)議數(shù)據(jù)單元映射到物理網(wǎng)絡(luò)上，這就形成了應(yīng)用數(shù)據(jù)單元(Application Data Unit，ADU)。由于底層網(wǎng)絡(luò)的不同，Modbus TCP跟Modbus RTU和Modbus ASCII的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元是不同的，Modbus RTU和Modbus ASCII的ADU結(jié)構(gòu)如下圖所示：
而Modbus TCP的ADU結(jié)構(gòu)如下：
可以看到，Modbus TCP的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元是在協(xié)議數(shù)據(jù)單元的基礎(chǔ)上，添加了一個叫做“MBAP頭(MBAP Header)”的結(jié)構(gòu)。MBAP是英文“ModBus APlication”的縮寫，即“應(yīng)用數(shù)據(jù)單元”的意思。
MBAP頭結(jié)構(gòu)由7個字節(jié)構(gòu)成，如下表所示：
其中：
◆傳輸標(biāo)識符：用于標(biāo)識應(yīng)用數(shù)據(jù)單元，即請求和應(yīng)答之間的配對；客戶端對該部分進行初始化，服務(wù)器端將其拷貝到自己的ADU中；
◆協(xié)議標(biāo)識符：系統(tǒng)間的協(xié)議標(biāo)識，0=Modbus；
◆長度：接下來要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度，即：單元標(biāo)識符+PDU的總長度，以字節(jié)為單位；
◆單元標(biāo)識符：用于系統(tǒng)間的站尋址，比如在以太網(wǎng)+串行鏈路的網(wǎng)絡(luò)中，遠程站的地址；
這就是Modbus TCP的ADU結(jié)構(gòu)，即：MBAP頭+PDU，是不是很簡單呢？Modbus TCP的數(shù)據(jù)傳輸采用的是一種被稱為“客戶端/服務(wù)器”的模式，這也是上面的表格中會出現(xiàn)客戶端/服務(wù)器功能描述的原因。其實，很多網(wǎng)絡(luò)通信都采用的這種方式，比如大名鼎鼎的西門子的S7通信協(xié)議。在串行鏈路中，這種方式也稱為主-從通信。
說道這里，大家可能會有一個疑惑。因為Modbus在網(wǎng)絡(luò)通信中，通常需要寫明IP地址和端口號，為什么Modbus TCP的ADU中沒有相關(guān)的內(nèi)容呢？
哈哈，其實這是因為Modbus TCP是一個應(yīng)用層的協(xié)議，而你說的IP地址和端口號屬于傳輸層/網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議。還沒明白，好吧，看看這張圖：
你看，在邏輯上Modbus TCP是在TCP層上的。在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，Modbus TCP的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元首先向下傳送給傳輸層，加上TCP協(xié)議的報文；再傳送給網(wǎng)絡(luò)層，加上IP協(xié)議的報文；再向下傳送給數(shù)據(jù)鏈路層及物理層；接收的過程正好相反，從物理層一層一層的去掉相應(yīng)層的報文，最終到達應(yīng)用層。所以在使用Modbus TCP進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，是要配合TCP/IP協(xié)議來使用的。通常如果你使用電腦編程，就要用到SOCKET技術(shù)；如果是使用PLC編程，通常廠家已經(jīng)把底層通信封裝成庫指令了，你只要直接調(diào)用就好了。比如西門子S7-200 SMART/1200/1500等PLC都有現(xiàn)成的Modbus-TCP指令庫。偷偷告訴你一聲，昌暉儀表后續(xù)會寫基于PLC和基于PC的Modbus-TCP通信的文章。
還有一點要特別說明一下，Modbus TCP使用的端口號是502，一定要給Modbus TCP預(yù)留好，不能被別人占用哦。
相關(guān)閱讀
WinCC與S7-200 SMART的Modbus TCP/IP通訊實現(xiàn)方法
