基于TCP/IP协议的Modbus

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一 以太网的标准

以太网是一种局域网。早期标准为IEEE 802.3,数据链路层使用CSMA/CD,10Mb/s速度物理层有:

(1) 10 Base 5粗同轴电缆,RG-8,一段最长为500m;

(2) 10 Base 2细同轴电缆,RG-58,一段最长为185m;

(3) 10 Base T双绞线,UTP或STP,一段最长为100m。

快速以太网为100Mb/s,标准为802.3a,介质为100 Base Tx双绞线、100 Base Fx光纤。

目前10/100M以太网使用最为普遍,很多企事业用户已实现100M到以太网桌面,确实体验到高速“冲浪”的快感,另外从距离而言,非屏蔽双绞线(UTP)为100m,多模光纤可达2~3km,单模光纤可大于100km。千兆以太网1000Mb/s为802.3z/802.3ab,万兆以太网10Gb/s为802.3ae,将为新一轮以太网的发展带来新的机遇与冲击。

二 工业以太网与商用以太网的区别

什么是工业以太网?
技术上,它与IEEE802.3兼容,故从逻辑上可把商用网和工业网看成是一个以太网,而用户可根据现场情况,灵活装配自己的网络部件,
但从工业环境的恶劣和抗干扰的要求,设计者希望采用市场上可找到的以太网芯片和媒介,兼顾考虑下述工业现场的特殊要求:

首先要考虑高温、潮湿、振动;

二是对工业抗电磁干扰和抗辐射有一定要求,如满足EN50081-2、EN50082-2标准,而办公室级别的产品未经这些工业标准测试,表1列出了一些常用工业标准。为改善抗干扰性和降低辐射,工业以太网产品多使用多层线路板或双面电路板,且外壳采用金属如铸铝屏蔽干扰;

三是电源要求,因集线器、交换机、收发器多为有源部件,而现场电源的品质又较差,故常采用双路直流电或交流电为其供电,另外考虑方便安装,工业以太网产品多数使用DIN导轨或面板安装;

四是通信介质选择,在办公室环境下多数配线使用UTP,而在工业环境下推荐用户使用STP(带屏蔽双绞线)和光纤。

基于TCP/IP协议的Modbus

三 TCP/IP 1. 为什么使用TCP/IP?

最主要的一个原因在于它能使用在多种物理网络技术上,包括局域网和广域网技术。TCP/IP协议的成功很大程度上取决于它能适应几乎所有底层通信技术。

20世纪80年代初,先在X.25上运行TCP/IP协议;而后又在一个拨号语音网络(如电话系统)上使用TCP/IP协议,又有TCP/IP在令牌环网上运行成功;最后又实现了TCP/IP远程分组无线网点与其他Internet网点间TCP/IP通信。所以TCP/IP协议极其灵活,具备连接不同网络的能力。

另外,使用TCP/IP也简化了OSI模型,因为它省略了表示层和会话层。如果现在把以太网的物理层和数据链路层加到OSI模型就构成了基于以太网的TCP/IP网,如图1所示。用以太网实现TCP/IP也是经济的一种方式。

基于TCP/IP协议的Modbus

2. Internet Protocol(IP)

IP是Internet最基本的协议,用户可从下载RFC79来得到其文件,(要求评论RFC: Request For Comments:一系列备忘录的名称,包括概述、评价、意见、技术和研究,以及所提出的和被接受的互联网标准)。

IP层主要目的是找到IP报文的“下一个连接点”,它可以是路由器、计算机、控制器甚至I/O,关键该设备须有自己的IP地址。凡在网络层使用IP协议的网络,都通过IP地址寻址,所以使用时首先要进行复杂的设置,每个节点至少需一个“IP地址”、一个“子网掩码”、一个“默认网点”和一个“主机名”,如此复杂的设置,对于一些初识网络的用户来说的确带来不便,不过随着对网络熟悉,有许多IP地址配置工具,可方便进行IP设置,甚至是自动设置。

IP是面向报文的协议,它独立处理每个报文包,每个报文包必须含有完整的寻址信息。IP报文包的格式如图2所示。

基于TCP/IP协议的Modbus

IP地址的类型共有4种(如图3所示):

A类用于处理超大型网络,最多16387064个主机(1~126);

B类网络最多可有64516个主机(网络地址的第一段为128~191);

C类用于小型网络,最多可有254个主机(网络地址的第一段为192~223);

D类用于多点播送,用于多目的信息的传输。

全零(“0.0.0.0”)地址对应于当前主机,全1地址(“255.255.255.255”)是当前子网的广播地址。

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