MODBUS协议(功能码及报文解析).docx

MODBUS协议Modbus是一种串行通信协议，是Modicon于1979年，为使用可编程逻辑控制器（PLC）而发表的。事实上，它已经成为工业领域通信协议标准，并且现在是工业电子设备之间相当常用的连接方式。Modbus比其他通信协议使用的更广泛的主要原因有：公开发表并且无版税要求 相对容易的工业网络部署 对供应商来说，修改移动原生的位或字节没有很多限制 Modbus允许多个设备连接在同一个网络上进行通信，举个例子，一个由测量温度和湿度的装置，并且将结果发送给计算机。在数据采集与监视控制系统（SCADA）中，Modbus通常用来连接监控计算机和remote terminal unit (RTU)。Modbus协议目前存在用于串口、以太网以及其他支持互联网协议的网络的版本。大多数Modbus设备通信通过串口EIA-485物理层进行1。对于串行连接，存在两个变种，它们在数值数据表示不同和协议细节上略有不同。Modbus RTU是一种紧凑的，采用二进制表示数据的方式，Modbus ASCII是一种人类可读的，冗长的表示方式。这两个变种都使用串行通讯（serial communication）方式。RTU格式后续的命令数据带有循环冗余校验的校验和，而ASCII格式采用纵向冗余校验的校验和。被配置为RTU变种的节点不会和设置为ASCII变种的节点通信，反之亦然。对于通过TCP/IP（例如以太网）的连接，存在多个Modbus/TCP变种，这种方式不需要校验和的计算。对于所有的这三种通信协议在数据模型和功能调用上都是相同的，只有封装方式是不同的。Modbus 有一个扩展版本 Modbus Plus(Modbus+或者MB+)，不过此协定是Modicon专有的，和 Modbus不同。它需要一个专门的协处理器来处理类似HDLC的高速令牌旋转。它使用1Mbit/s的双绞线，并且每个节点都有转换隔离装置，是一种采用转换边缘触发而不是电压水平触发的装置。连接Modbus Plus到计算机需要特别的接口，通常是支持ISA（SA85）,PCI或者PCMCIA总线的板卡。Modbus协议是一个 master/slave 架构的协议。有一个节点是 master 节点，其他使用Modbus协议参与通信的节点是 slave 节点。每一个 slave 设备都有一个唯一的地址。在串行和MB+网络中，只有被指定为主节点的节点可以启动一个命令（在以太网上，任何一个设备都能发送一个Modbus命令，但是通常也只有一个主节点设备启动指令）。一个ModBus命令包含了打算执行的设备的Modbus地址。所有设备都会收到命令，但只有指定位置的设备会执行及回应指令（地址 0例外，指定地址 0 的指令是广播指令，所有收到指令的设备都会执行，不过不回应指令）。所有的Modbus命令包含了检查码，以确定到达的命令没有被破坏。基本的ModBus命令能指令一个RTU改变它的寄存器的某个值，控制或者读取一个I/O端口，以及指挥设备回送一个或者多个其寄存器中的数据。有许多modems和网关支持Modbus协议，因为Modbus协议很简单而且容易复制。它们当中一些为这个协议特别设计的。有使用有线、无线通信甚至短消息和GPRS的不同实现。不过设计者需要克服一些包括高延迟和时序的问题。MODBUS通信过程如下图MODBUS RTU 报文格式起始位设备地址功能代码数据CRC校验结束符T1-T2-T3-T48Bit8Bitn个8Bit16BitT1-T2-T3-T4MODBUS ASCII 报文格式起始位设备地址功能代码数据LRC校验结束符1个字符2个字符2个字符n个字符2个字符2个字符MODBUS TCP报文交互标识协议标识报文长度设备标识功能代码数据2字节一般为02字节一般为02字节高字节在前1字节也就是设备地址1个字符n个字符实际上MODBUS RTU与ASCII的内容是完全相同的，不同的的ASCII方式用“：”标识帧起始，用“CR LF”标识帧结束。校验采用LRC，把RTU帧中一个字节的内容换成了2个ASCII字符。比如在RTU方式下设备地址 01 只有一个字节，在ASCII方式下转换成字符串“01”（16进制的30 31 ）。MODBUS TCP 中的设备标识，功能码等与MODBUS RTU相同，可以认为是在MODBUS RTU报文的前边加了一个头，去掉了CRC校验这个尾。MODBUS协议定义了4种基本数据类型：可读写位数据，只读位数据，只读16位数据，可读写16位数据。这些数据分别被称为线圈状态，输入状态，输入寄存器，保持寄存器。MODBUS协议中定义的这些数据都是一个从地址1开始的数组，访问时需要指明从哪个地址开始访问，访问多少个数据。下表是MODBUS的功能码。ModBus功能码 功能码名称作用01读取线圈状态取得一组逻辑线圈的当前状态（ON/OFF)02读取输入状态取得一组开关输入的当前状态（ON/OFF)03读取保持寄存器在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值04读取输入寄存器在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制值05强置单线圈强置一个逻辑线圈的通断状态06预置单寄存器把具体二进值装入一个保持寄存器07读取异常状态取得8个内部线圈的通断状态，这8个线圈的地址由控制器决定，用户逻辑可以将这些线圈定义，以说明从机状态，短报文适宜于迅速读取状态08回送诊断校验把诊断校验报文送从机，以对通信处理进行评鉴09编程（只用于484）使主机模拟编程器作用，修改PC从机逻辑10控询（只用于484）可使主机与一台正在执行长程序任务从机通信，探询该从机是否已完成其操作任务，仅在含有功能码9的报文发送后，本功能码才发送11读取事件计数可使主机发出单询问，并随即判定操作是否成功，尤其是该命令或其他应答产生通信错误时12读取通信事件记录可是主机检索每台从机的ModBus事务处理通信事件记录。如果某项事务处理完成，记录会给出有关错误13编程（184/384 484 584）可使主机模拟编程器功能修改PC从机逻辑14探询（184/384 484 584）可使主机与正在执行任务的从机通信，定期控询该从机是否已完成其程序操作，仅在含有功能13的报文发送后，本功能码才得发送15强置多线圈强置一串连续逻辑线圈的通断16预置多寄存器把具体的二进制值装入一串连续的保持寄存器17报告从机标识可使主机判断编址从机的类型及该从机运行指示灯的状态18（884和MICRO 84）可使主机模拟编程功能，修改PC状态逻辑19重置通信链路发生非可修改错误后，是从机复位于已知状态，可重置顺序字节20读取通用参数（584L）显示扩展存储器文件中的数据信息21写入通用参数（584L）把通用参数写入扩展存储文件，或修改之2264保留作扩展功能备用6572保留以备用户功能所用留作用户功能的扩展编码73119非法功能120127保留留作内部作用128255保留用于异常应答各个功能码对应的数据类型代码功能数据类型01读位02读位03读16位整型04读16位整型05写位06写整16位整型15写位16写整16位整型MODBUS协议相当复杂，但是常用的命令也就简单的几个，01，02，03，04，05，06，15，16号命令。各个命令的功能和报文如下：01 命令 读取线圈状态 MODBUS地址 00001MODBUS 请求功能码1 BYTE0X01起始地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF读取数量2 BYTE1 TO 2000(0X7D0)MODBUS 响应功能码1 BYTE0X01字节计数1 BYTEN线圈状态n BYTEn =N or N+1N =读取数量/8 如果余数不为0 则N=N+1错误 响应功能码1 BYTE0X01+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例请求响应域名称数据（hex）域名称数据（hex）功能码01功能码01起始地址高(字节)00字节计数03起始地址低(字节)1327（h）20状态CD读取数量高(字节)0035（h）28状态6B读取数量低(字节)1338（h）36状态0502 命令 读取输入状态 MODBUS地址 10001MODBUS 请求功能码1 BYTE0X02起始地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF读取数量2 BYTE1 TO 2000(0X7D0)MODBUS 响应功能码1 BYTE0X02字节计数1 BYTEN输入状态n BYTEn =N or N+1N =读取数量/8 如果余数不为0 则N=N+1错误 响应功能码1 BYTE0X02+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例请求响应域名称数据（hex）域名称数据（hex）功能码02功能码02起始地址高(字节)00字节计数03起始地址低(字节)C4204(h)197状态AC读取数量高(字节)00212(h)205状态DB读取数量低(字节)16218(h)213状态3503 读保持寄存器 MODBUS地址 40001MODBUS 请求功能码1 BYTE0X03起始地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF读取数量2 BYTE1 TO 125(0X7D)MODBUS 响应功能码1 BYTE0X03字节计数1 BYTEN*2输入状态N*2 BYTE错误 响应功能码1 BYTE0X03+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例请求响应域名称数据（hex）域名称数据（hex）功能码03功能码03起始地址高(字节)00字节计数06起始地址低(字节)6B寄存器高（108）02读取数量高(字节)00寄存器低（108）2B读取数量低(字节)03寄存器高（109）00寄存器低（109）00寄存器高（110）00寄存器低（110）6404 输入寄存器 MODBUS地址 30001MODBUS 请求功能码1 BYTE0X04起始地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF读取数量2 BYTE1 TO 125(0X7D)MODBUS 响应功能码1 BYTE0X04字节计数1 BYTEN*2输入状态N*2 BYTE错误 响应功能码1 BYTE0X04+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例请求响应域名称数据（hex）域名称数据（hex）功能码04功能码04起始地址高(字节)00字节计数02起始地址低(字节)08输入寄存器高（9）00读取数量高(字节)00输入寄存器低（9）0A读取数量低(字节)0105 设置单个继电器状态MODBUS 请求功能码1 BYTE0X05设置地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF设置内容2 BYTE0x0000 OR 0XFF00 0x0000 释放继电器0xff00 吸合继电器MODBUS 响应功能码1 BYTE0X05设置地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF设置内容2 BYTE0x0000 OR 0XFF00 错误 响应功能码1 BYTE0X05+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例(吸合6号继电器)请求响应域名称数据（hex）域名称数据（hex）功能码05功能码05设置地址高(字节)00设置地址高(字节)00设置地址低(字节)05设置地址低(字节)05设置内容高(字节)FF设置内容高(字节)FF设置内容低(字节)00设置内容低(字节)FF06 设置单个保持寄存器MODBUS 请求功能码1 BYTE0X06设置地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF设置内容2 BYTE0x0000 to 0XFF00MODBUS 响应功能码1 BYTE0X06设置地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF设置内容2 BYTE0x0000 to 0XFF00错误 响应功能码1 BYTE0X06+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例设置9号保持寄存器内容为25请求响应域名称数据（hex）域名称数据（hex）功能码06功能码06设置地址高(字节)00设置地址高(字节)00设置地址低(字节)08设置地址低(字节)08设置内容高(字节)00设置内容高(字节)00设置内容低(字节)19设置内容低(字节)1915 设置多个继电器状态MODBUS 请求功能码1 BYTE0X0F设置起始地址2 BYTE 0X0000 TO 0XFFFF设置长度2 BYTE0X0000 TO 0X7B0字节计数1 BYTEN设置内容N BYTEMODBUS 响应功能码1 BYTE0X0F设置起始地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF设置长度2 BYTE0X0000 TO 0X7B0错误 响应功能码1 BYTE0X0F+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例设置继电器请求响应域名称数据（hex）域名称数据（hex）功能码0F功能码0F设置地址高(字节)00设置地址高(字节)00设置地址低(字节)13设置地址低(字节)13设置数量高(字节)00设置数量高(字节)00设置数量低(字节)0A设置数量低(字节)0A字节计数02设置内容高(字节)CD设置内容低(字节)0116 设置多个保持寄存器MODBUS 请求功能码1 BYTE0X10设置起始地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF设置长度2 BYTE0X0000 TO 0X7B0字节计数1 BYTEN*2设置内容N*2 BYTEMODBUS 响应功能码1 BYTE0X10设置起始地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF设置长度2 BYTE0X0000 TO 0X7B0错误 响应功能码1 BYTE0X10+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例设置多个保持寄存器请求响应域名称数据（hex）域名称数据（hex）功能码10功能码0F设置地址高(字节)00设置地址高(字节)00设置地址低(字节)01设置地址低(字节)01设置数量高(字节)00设置数量高(字节)00设置数量低(字节)02设置数量低(字节)02字节计数04设置内容高(字节)00设置内容低(字节)0A设置内容高(字节)01设置内容低(字节)02MODBUS协议在智能设备中的应用上面讲述了MODBUS协议的报文以及命令，那么在智能设备中如何使用这个协议呢?如果智能设备有开关量输入输出，模拟量输入输出，有计数器等。很明显开关量输入可以映射到 10001地址，第一路开关量输入为10001，第二路为10002， 开关量输出映射到 00001地址，第一路为00001，第二路为00002，.模拟量输入映射到 30001地址，第一路为 30001，第二路为30002，模拟量输出和计数器输入映射到40001地址，第一路为 40001，第二路为40002，当然也可以把所有的数据都放在保持寄存器中，这样对于MODBUS主设备访问时要简单，访问效率能提高，但是处理起来略显繁琐。