MODBUS/TCP是簡單的、中立廠商的用于管理和控制自動(dòng)化設(shè)備的MODBUS系列通訊協(xié)議的派生產(chǎn)品，顯而易見，它覆蓋了使用TCP/IP協(xié)議的“Intranet”和“Internet”環(huán)境中MODBUS報(bào)文的用途。協(xié)議的最通用用途是為諸如PLC’s，I/O模塊，以及連接其它簡單域總線或I/O模塊的網(wǎng)關(guān)服務(wù)的。

MODBUS/TCP 使MODBUS_RTU協(xié)議運(yùn)行于以太網(wǎng)，MODBUS TCP使用TCP/IP和以太網(wǎng)在站點(diǎn)間傳送MODBUS報(bào)文，MODBUS TCP結(jié)合了以太網(wǎng)物理網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP以及以MODBUS作為應(yīng)用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)表示方法。MODBUS TCP通信報(bào)文被封裝于以太網(wǎng)TCP/IP數(shù)據(jù)包中。與傳統(tǒng)的串口方式，MODBUS TCP插入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS報(bào)文到TCP報(bào)文中，不再帶有數(shù)據(jù)校驗(yàn)和地址。

1. 通訊所使用的以太網(wǎng)參考模型

Modbus TCP傳輸過程中使用了TCP/IP以太網(wǎng)參考模型的5層：

第一層：物理層，提供設(shè)備物理接口，與市售介質(zhì)/網(wǎng)絡(luò)適配器相兼容

第二層：數(shù)據(jù)鏈路層，格式化信號(hào)到源/目硬件址數(shù)據(jù)幀

第三層：網(wǎng)絡(luò)層，實(shí)現(xiàn)帶有32位IP址IP報(bào)文包

第四層：傳輸層，實(shí)現(xiàn)可靠性連接、傳輸、查錯(cuò)、重發(fā)、端口服務(wù)、傳輸調(diào)度

第五層：應(yīng)用層，Modbus協(xié)議報(bào)文

2. Modbus TCP數(shù)據(jù)幀

Modbus數(shù)據(jù)在TCP/IP以太網(wǎng)上傳輸，支持Ethernet II和802.3兩種幀格式，Modbus TCP數(shù)據(jù)幀包含報(bào)文頭、功能代碼和數(shù)據(jù)3部分，MBAP報(bào)文頭(MBAP、Modbus Application Protocol、Modbus應(yīng)用協(xié)議)分4個(gè)域，共7個(gè)字節(jié)，如圖1所示：

圖1： MODBUS TCP報(bào)文

由于使用以太網(wǎng)TCP/IP數(shù)據(jù)鏈路層的校驗(yàn)機(jī)制而保證了數(shù)據(jù)的完整性，MODBUS TCP 報(bào)文中不再帶有數(shù)據(jù)校驗(yàn)”CHECKSUM”，原有報(bào)文中的“ADDRESS”也被“UNIT ID”替代而加在MODBUS應(yīng)用協(xié)議報(bào)文頭中。

3. Modbus TCP使用的通訊資源端口號(hào)

在Modbus服務(wù)器中按缺省協(xié)議使用Port 502 通信端口，在Modbus客戶器程序中設(shè)置任意通信端口，為避免與其他通訊協(xié)議的沖突一般建議2000開始可以使用。

4. Modbus TCP使用的功能代碼

按照使用的通途區(qū)分，共有3種類型分別為：

1) 公共功能代碼：已定義好功能碼，保證其唯一性，由Modbus.org認(rèn)可；

2) 用戶自定義功能代碼有兩組，分別為65～72和100～110，無需認(rèn)可，但不保證代碼使用唯一性,如變?yōu)楣泊a，需交RFC認(rèn)可；

3) 保留功能代碼，由某些公司使用某些傳統(tǒng)設(shè)備代碼，不可作為公共用途。

按照應(yīng)用深淺，可分為3個(gè)類別：

1) 類別0，客戶機(jī)/服務(wù)器最小可用子集：讀多個(gè)保持寄存器(fc.3)；寫多個(gè)保持寄存器(fc.16)。

2) 類別1，可實(shí)現(xiàn)基本互易操作常用代碼：讀線圈(fc.1)；讀開關(guān)量輸入(fc.2)；讀輸入寄存器(fc.4)；寫線圈(fc.5)；寫單一寄存器(fc.6)。

3) 類別2，用于人機(jī)界面、監(jiān)控系統(tǒng)例行操作和數(shù)據(jù)傳送功能：強(qiáng)制多個(gè)線圈(fc.15)；讀通用寄存器(fc.20)；寫通用寄存器(fc.21)；屏蔽寫寄存器(fc.22)；讀寫寄存器(fc.23)。

5. Modbus TCP通訊應(yīng)用舉例

在讀寄存器的過程中，以Modbus TCP請(qǐng)求報(bào)文為例,具體的數(shù)據(jù)傳輸過程如下：

1) Modbus TCP客戶端實(shí)況，用Connect()命令建立目標(biāo)設(shè)備TCP 502端口連接數(shù)據(jù)通信過程；

2) 準(zhǔn)備Modbus報(bào)文，包括7個(gè)字節(jié)MBAP內(nèi)請(qǐng)求；

3) 使用send()命令發(fā)送；

4) 同一連接等待應(yīng)答；

5) 同recv()讀報(bào)文，完成一次數(shù)據(jù)交換過程；

6) 當(dāng)通信任務(wù)結(jié)束時(shí)，關(guān)閉TCP連接，使服務(wù)器可以為其他服務(wù)。

S7-300/400 的CPx43-1 MODBUS TCP 通訊(STEP7)

下面章節(jié)將介紹如何使用軟件選項(xiàng)包” ModbusTCP CP V4.3 "的功能塊庫配置S7-300/400單站系統(tǒng)通過CP343-1/CP443-1與第三方模擬軟件進(jìn)行Modbus/TCP進(jìn)行通訊的詳細(xì)步驟

1.“ ModbusTCP CP V4.3”塊庫使用說明

1) 該功能塊庫可以用于S7-300單站通過CP343-1或S7-400單站通過CP443-1進(jìn)行ModbusTCP通訊。

2) 由于需要在SIMATIC站與其他通訊伙伴之間建立TCP連接用于Modbus通訊，因此需要調(diào)用SIMATIC S7標(biāo)準(zhǔn)功能塊，對(duì)于S7-300/400的CP來說，需要調(diào)用FC5(AG_SEND)，FC6(AG_RECV)功能塊。

3) 對(duì)于主要功能塊FB106、107和108來說，包含了V1.x和V2.x，它們管腳參數(shù)并沒有更改，只是在V2.x中增加了FC10”AG_CNTRL”功能塊用于管理TCP連接，是否支持功能塊與CP的型號(hào)和固件版本有關(guān)，如下圖1所示：

圖1 功能塊V1.x和V2.x版本區(qū)別

當(dāng)將軟件選項(xiàng)包安裝完集成到Step7時(shí)，可以在Step7安裝文件的相應(yīng)目錄中找到塊庫、例程、英文手冊(cè)，另外還可找到用CFC語言編程的功能快庫，供讀者選用，如下圖2~4所示，在實(shí)際的項(xiàng)目調(diào)試過程中由于例子程序的各項(xiàng)功能比較完善，因此可以直接使用例子程序根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況修改相應(yīng)的參數(shù)即可，可以節(jié)省大量的參數(shù)設(shè)置時(shí)間，以下主要描述了使用軟件選項(xiàng)包” ModbusTCP CP V4.3 "配置S7-300/400站的詳細(xì)配置和編程步驟。

圖2 塊庫、例程、英文手冊(cè)和軟件注冊(cè)的文件夾位置

圖3 例程(注:當(dāng)找不到例程時(shí)可以通過”Browse..”按鈕來進(jìn)行查找) 

圖4 功能塊庫(注:當(dāng)找不到塊庫時(shí)可以通過”Browse..”按鈕來進(jìn)行查找)

2. 配置S7-400單站系統(tǒng)通過CP443-1 作為Server進(jìn)行Modbus TCP通訊

以S7-400單站系統(tǒng)及Modscan32軟件為例，詳細(xì)介紹如何將S7-400單站系統(tǒng)通過CP443-1配置為Server，Modscan32為Client進(jìn)行Modbus TCP通訊，在本例中將使用帶FC10”AG_CNTRL”版本的功能塊，下圖5為服務(wù)器功能塊庫的程序結(jié)構(gòu)及各功能塊完成的功能：