Modbus總線有三種協(xié)議：Modbus RTU協(xié)議、Modbus ASCII協(xié)議和Modbus TCP協(xié)議，Modbus總線活躍在工業(yè)通信領(lǐng)域。Modbus RTU和Modbus ASCII擅長串行通信，比如基于RS485或者RS232的通信，而ModbusTCP則擅長基于以太網(wǎng)的通信。由于底層所使用的結(jié)構(gòu)不同，Modbus的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元(Application Data Unit，ADU)有所不同。請看以下的詳細(xì)介紹。 為了進(jìn)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)。 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(jìn)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(yuǎn)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(shí)，很多網(wǎng)絡(luò)通信都采用的這種方式，比如西門子的S7通信協(xié)議。在串行鏈路中，這種方式也稱為主-從通信。 在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？ 其實(shí)這是因?yàn)镸odbus TCP是一個應(yīng)用層的協(xié)議，通常意義上的IP地址和端口號屬于傳輸層/網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議：

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(dá)應(yīng)用層。所以在使用Modbus TCP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，是要配合TCP/IP協(xié)議來使用的。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，可直接調(diào)用。Modbus TCP使用的端口號是502需要為Modbus TCP預(yù)留。