Modbus TCP是近年來(lái)越來(lái)越流行的工業(yè)控制系統(tǒng)通信協(xié)議之一，與其他通信協(xié)議相比，Modbus TCP通信速度快、可靠性高、兼容性強(qiáng)、適用于模擬或數(shù)字量信號(hào)的傳輸，閱讀本文前你必須比較熟悉Modbus協(xié)議，了解tcp網(wǎng)絡(luò)。

一、什么是Modbus TCP？

Modbus TCP是一種以太網(wǎng)協(xié)議，它將Modbus通信協(xié)議封裝在TCP/IP包內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。它通常用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，比如PLC，傳感器等設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。Modbus協(xié)議中，數(shù)據(jù)是通過(guò)寄存器集合的方式進(jìn)行通信的。這些寄存器可以是輸入寄存器、輸出寄存器、保持寄存器和線圈寄存器，它們各自用于不同的功能，通信時(shí)涉及到兩個(gè)角色：服務(wù)器和客戶端，通常情況下是客戶端主動(dòng)連接服務(wù)器。

二、Modbus TCP服務(wù)器和客戶端

1. Modbus TCP服務(wù)器

Modbus TCP服務(wù)器是一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)中等待連接的設(shè)備，它偵聽(tīng)端口502，等待客戶端連接，并提供Modbus協(xié)議服務(wù)。服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)，服務(wù)器提供的幾個(gè)重要的函數(shù)碼，也就是功能碼：

1）讀輸入寄存器：該功能碼用于讀取被稱為輸入寄存器的Modbus寄存器。

2）讀保持寄存器：該功能碼用于讀取保持寄存器的值。

3）寫(xiě)單個(gè)保持寄存器：該功能碼用于寫(xiě)入單個(gè)保持寄存器的值。

4）寫(xiě)多個(gè)保持寄存器：該功能碼用于寫(xiě)入多個(gè)保持寄存器的值。

常見(jiàn)的Modbus TCP服務(wù)器設(shè)備包括PLC（可編程邏輯控制器）、Raspberry Pi和樹(shù)莓派等。假設(shè)我們有一個(gè)PLC設(shè)備作為Modbus TCP服務(wù)器，它有一個(gè)輸入寄存器和一個(gè)保持寄存器，我們可以使用Modbus TCP協(xié)議來(lái)讀取和寫(xiě)入這些寄存器，本項(xiàng)目是將西門(mén)子PLC1500作為服務(wù)器

2. Modbus TCP客戶端

Modbus TCP客戶端是一個(gè)主動(dòng)連接到Modbus TCP服務(wù)器的設(shè)備，并提供只讀或讀寫(xiě)服務(wù)。一旦建立了連接，客戶端可以向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，讀取或?qū)懭隡odbus寄存器的值，客戶端提供的幾個(gè)重要的函數(shù)碼：

1）讀輸入寄存器：該功能碼用于讀取輸入寄存器的值。

2）讀保持寄存器：該功能碼用于讀取保持寄存器的值。

3）寫(xiě)單個(gè)保持寄存器：該功能碼用于向服務(wù)器寫(xiě)入單個(gè)保持寄存器的值。

4）寫(xiě)多個(gè)保持寄存器：該功能碼用于向服務(wù)器寫(xiě)入多個(gè)保持寄存器的值。?

常見(jiàn)的Modbus TCP客戶端可以是PLC設(shè)備，C#Winform程序，JAVA程序，Python程序，工具軟件等都可以，本項(xiàng)目是C#Winform程序

對(duì)于Modbus TCP客戶端來(lái)說(shuō)，自己并不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，它的數(shù)據(jù)均是從服務(wù)器獲取，為了得到數(shù)據(jù)就必須向服務(wù)器發(fā)起數(shù)據(jù)請(qǐng)求。在Modbus TCP協(xié)議中，服務(wù)器一般也不會(huì)主動(dòng)向外發(fā)送數(shù)據(jù)，服務(wù)器需要根據(jù)客戶端的數(shù)據(jù)請(qǐng)求來(lái)決定是否發(fā)送數(shù)據(jù)、發(fā)送哪些數(shù)據(jù)。這一過(guò)程如下圖所示：

?上圖我們不難看出，首先客戶端要主動(dòng)發(fā)起數(shù)據(jù)請(qǐng)求，客戶端發(fā)起的數(shù)據(jù)請(qǐng)求需要告訴服務(wù)器它請(qǐng)求的數(shù)據(jù)有哪些。服務(wù)器收到這個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)求后，服務(wù)器解析客戶端的請(qǐng)求并按照客戶端的請(qǐng)求返回?cái)?shù)據(jù)?？蛻舳耸盏綌?shù)據(jù)響應(yīng)后解析數(shù)據(jù)，這樣就完成了客戶端與服務(wù)器之間的一次數(shù)據(jù)通訊。

在Modbus TCP協(xié)議棧中實(shí)現(xiàn)了0x01、0x02、0x03、0x04、0x05、0x06、0x0F以及0x10等功能碼。

?三、TCP服務(wù)器端和客戶端

1. TCP服務(wù)器

TCP服務(wù)器是一個(gè)等待客戶端連接的程序或設(shè)備。一旦客戶端連接，它就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的套接字socket，用于維護(hù)與客戶端的通信連接。通常情況下，服務(wù)器會(huì)偵聽(tīng)一個(gè)固定的IP地址和端口號(hào)。

TCP服務(wù)器提供的幾個(gè)重要函數(shù)：

1）偵聽(tīng)（listen）：該函數(shù)用于監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)上的端口，以等待客戶端的連接請(qǐng)求，該偵聽(tīng)是無(wú)限循環(huán)的，除非人為關(guān)閉或異常終止。

2）接收（accept）：該函數(shù)用于接受客戶端連接的請(qǐng)求，接收到的數(shù)據(jù)全部放在緩沖區(qū)中，數(shù)據(jù)都是字節(jié)數(shù)組的形式，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)后需要轉(zhuǎn)換成ascii或utf-8的格式。

3）發(fā)送（send）：該函數(shù)用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端，發(fā)送數(shù)據(jù)也必須是以字節(jié)數(shù)組byte[]形式發(fā)送，可以是ascii編碼，UTF-8編碼。

2. TCP客戶端

TCP客戶端是一個(gè)主動(dòng)建立連接并發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求的設(shè)備或程序。客戶端通常用于向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求以讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)?？蛻舳丝梢耘c多個(gè)服務(wù)器建立連接，并且可以使用不同的端口號(hào)

TCP客戶端提供的幾個(gè)重要函數(shù)：

1）創(chuàng)建套接字（socket）：該函數(shù)用于創(chuàng)建一個(gè)新的套接字，以供客戶端使用。

2）連接（connect）：該函數(shù)用于連接到一個(gè)服務(wù)器。

3）發(fā)送（send）：該函數(shù)用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器。

4）接收（recv）：該函數(shù)用于從服務(wù)器接收數(shù)據(jù)

四、兩者比較

總體來(lái)說(shuō)，Modbus TCP服務(wù)器和客戶端以及TCP客戶端和服務(wù)器端的工作原理基本相同，都需要使用Socket套接字來(lái)進(jìn)行通信。不同的是Modbus TCP協(xié)議提供了更加專(zhuān)業(yè)的Modbus數(shù)據(jù)的讀取和寫(xiě)入?yún)f(xié)議，便于在工業(yè)控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸。從這可以看出，Modbustcp通信是建立在tcp通信的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)modbus協(xié)議的傳輸，所以傳統(tǒng)的tcp通信是基礎(chǔ)。

1.協(xié)議結(jié)構(gòu)

Modbus TCP是基于Modbus協(xié)議的擴(kuò)展，它采用了TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。

Modbus協(xié)議是一種串行通信協(xié)議，而Modbus TCP是一種基于TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用層協(xié)議。它的協(xié)議結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，包括了應(yīng)用層、傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層。

而TCP/IP協(xié)議則是一種四層協(xié)議結(jié)構(gòu)，包括了應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層。

2.通信速度

Modbus TCP通信速度相對(duì)較慢，主要是因?yàn)樗褂昧溯^長(zhǎng)的幀結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)格式，需要進(jìn)行較多的數(shù)據(jù)解析和處理。

而TCP/IP協(xié)議則具有更高的通信速度，主要是因?yàn)樗臄?shù)據(jù)傳輸格式更加簡(jiǎn)潔明了，可以快速進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和傳輸。

3.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

Modbus TCP采用基于以太網(wǎng)的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以支持多個(gè)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行通信。

而TCP/IP協(xié)議則支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括星型、環(huán)形、樹(shù)狀等多種結(jié)構(gòu)，更加靈活和可擴(kuò)展。

4.數(shù)據(jù)傳輸方式

Modbus TCP通信采用的是半雙工模式，即同一時(shí)間只能進(jìn)行一方的數(shù)據(jù)傳輸。

而TCP/IP協(xié)議則采用全雙工模式，即雙方可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和接收，提高了通信效率。

5.應(yīng)用場(chǎng)景

Modbus TCP協(xié)議主要應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和機(jī)器設(shè)備等領(lǐng)域，支持廣泛的設(shè)備和系統(tǒng)集成。

而TCP/IP協(xié)議則廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)等領(lǐng)域，支持各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)傳輸和通信需求。

五、小結(jié)

modbus tcp協(xié)議

Modbus TCP是一種基于TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用層協(xié)議，它是Modbus協(xié)議的擴(kuò)展。Modbus協(xié)議是一種串行通信協(xié)議，最初是由Modicon公司在1979年開(kāi)發(fā)的，用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中設(shè)備之間的通信。Modbus TCP則是將Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換為基于以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議，以支持更廣泛的設(shè)備和系統(tǒng)集成。Modbus TCP協(xié)議使用TCP/IP協(xié)議棧的傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。

Modbus TCP協(xié)議具有簡(jiǎn)單、可靠和廣泛應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。它不僅可以支持設(shè)備之間的通信，還可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)和控制。Modbus TCP協(xié)議具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，包括工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、能源管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、樓宇自控等領(lǐng)域。同時(shí)，Modbus TCP協(xié)議也是一種開(kāi)放的協(xié)議，可以方便地與其他通信協(xié)議進(jìn)行集成。

tcp/ip協(xié)議是什么

TCP/IP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)上最常用的協(xié)議之一，它是Internet協(xié)議族的核心協(xié)議。TCP/IP協(xié)議是由美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署（ARPA）在20世紀(jì)70年代初期開(kāi)發(fā)的一套互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，旨在為全球的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議。TCP/IP協(xié)議提供了一種可靠、靈活、通用的數(shù)據(jù)傳輸方式，使得互聯(lián)網(wǎng)上不同的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之間可以互相通信和交換信息。

TCP/IP協(xié)議由兩個(gè)主要部分組成：傳輸控制協(xié)議（TCP）和Internet協(xié)議（IP）。其中，IP協(xié)議主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，包括數(shù)據(jù)包的路由、分片、拼裝等功能。TCP協(xié)議則是建立在IP協(xié)議之上的傳輸層協(xié)議，主要負(fù)責(zé)在通信的兩端建立可靠的連接，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分段、組裝、檢驗(yàn)等操作。TCP/IP協(xié)議還包括許多其他的協(xié)議，如用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）、網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（NTP）、域名系統(tǒng)協(xié)議（DNS）等。

TCP/IP協(xié)議是一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，包括互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。TCP/IP協(xié)議提供了一種通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，使得不同類(lèi)型的計(jì)算機(jī)和設(shè)備可以互相通信和交換信息。同時(shí)，TCP/IP協(xié)議也是一種可擴(kuò)展的協(xié)議，可以方便地與其他通信協(xié)議進(jìn)行集成，從而實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的通信和數(shù)據(jù)處理功能。

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