摘要: 工業(yè)以太網(wǎng)中M odbus /TCP已經(jīng)成為以太網(wǎng)通信行業(yè)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。本文對該通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深入的研究并進(jìn)行改進(jìn),提出在UDP/ IP協(xié)議上實(shí)施M odbus協(xié)議，隨后從實(shí)時(shí)性和可靠性兩個方面分析了M odbus /UDP協(xié)議棧的優(yōu)點(diǎn)，然后結(jié)合實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一個測控終端組建測試系統(tǒng)對該協(xié)議棧進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。理論和實(shí)際表明: M odbus/UDP協(xié)議可操作性好容易實(shí)現(xiàn)、實(shí)時(shí)性和可靠性高，組網(wǎng)方便靈活。

　　隨著以太網(wǎng)技術(shù)以及Internet的迅速發(fā)展，基于TCP / IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)的研究已經(jīng)成為現(xiàn)場總線研究的亮點(diǎn)，特別是Modbus /TCP協(xié)議以其協(xié)議簡單、開放、易于理解和穩(wěn)定的性能成為以太網(wǎng)工業(yè)通信事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。目前，國內(nèi)外眾多廠商的PLC、測控終端、組態(tài)軟件等產(chǎn)品都使用Modbus/RTU 和Modbus/TCP協(xié)議，但是伴隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)向縱深發(fā)展以及關(guān)鍵問題的突破，越來越多的工控廠家采用UDP作為傳輸層協(xié)議，以滿足實(shí)時(shí)性和確定性通信的需求，如: 西門子的ProF ibnet、倍加萊的Pow erlink、Modbus- IDA等，都在工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)通信中采用了UDP協(xié)議。本文介紹一種新的通信協(xié)議Modbus /UDP，傳輸層采用UDP協(xié)議，與Modbus /TCP相比進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和組網(wǎng)的靈活性。

　　1  Modbus /UDP協(xié)議

　　1.1  Modbus協(xié)議介紹

　　M odbus協(xié)議采用請求/應(yīng)答的方式進(jìn)行客戶端和服務(wù)器的應(yīng)用層通信，協(xié)議規(guī)定了一個與基礎(chǔ)通信層無關(guān)的簡單協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU，PDU 幀結(jié)構(gòu)包括功能碼、數(shù)據(jù)域和差錯校驗(yàn)域; 特定的現(xiàn)場總線在PDU 的基礎(chǔ)上引入一些頭部信息構(gòu)成應(yīng)用數(shù)據(jù)單元ADU。圖1所示為一個通用的Modbus幀。

　　首先對于不同物理介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)的Modbus協(xié)議，其PDU 單元是統(tǒng)一的，而附加地址域及差錯校驗(yàn)域需根據(jù)不同總線或網(wǎng)絡(luò)的特定要求和格式組織實(shí)施。其次Modbus定義了三類功能碼: 公共功能碼、用戶定義的功能碼和保留功能碼。

圖1  M odbus幀結(jié)構(gòu)

　　1.2  UDP上Modbus協(xié)議介紹

　　與M odbus/TCP協(xié)議類似，M odbus/UDP是在TCP / IP協(xié)議的基礎(chǔ)上應(yīng)用層使用Modbus數(shù)據(jù)，傳輸層采用UDP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層采用IP協(xié)議。UDP / IP協(xié)議上的Modbus應(yīng)用數(shù)據(jù)單元MBAP采用與TCP / IP同樣的結(jié)構(gòu)，包括2字節(jié)的事務(wù)處理標(biāo)識符、2字節(jié)的協(xié)議標(biāo)識符、2字節(jié)的長度字節(jié)和1字節(jié)的單元標(biāo)識符。UDP協(xié)議是面向非連接的，通信時(shí)不需要與對方建立連接，適用于可靠性要求不是非常高的場合，實(shí)時(shí)性高，通信效果好。采用UDP來發(fā)送Modbus消息幀，正是為了利用UDP協(xié)議簡潔和高效的通信效果。實(shí)際應(yīng)用中把封裝好的Modbus消息幀作為UDP的數(shù)據(jù)部分直接發(fā)送到服務(wù)器的502端口，服務(wù)器端解析收到的Modbus/UDP數(shù)據(jù)報(bào)，將M odbus響應(yīng)幀回轉(zhuǎn)給請求數(shù)據(jù)的客戶端。

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