ModBusRTU通讯协议.doc

ModBusRTU通讯协议
Modbus协议最初由Modicon公司开发出来，在1979年末该公司成为施耐德自动化(Schneider Automation)部门的一部分，现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。
当在网络上通信时，Modbus协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成应答并使用Modbus协议发送给询问方。
Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式，数据通讯采用Maser/Slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求；Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。
Modbus协议需要对数据进行校验，串行协议中除有奇偶校验外，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验，但TCP模式没有额外规定校验，因为TCP协议是一个面向连接的可靠协议。另外，Modbus采用主从方式定时收发数据，在实际使用中如果某Slave站点断开后（如故障或关机），Master端可以诊断出来，而当故障修复后，网络又可自动接通。因此，Modbus协议的可靠性较好。
对于Modbus的ASCII、RTU和TCP协议来说，其中TCP和RTU协议非常类似，我们只要把RTU协议的两个字节的校验码去掉，然后在RTU协议的开始加上5个0和一个6并通过TCP/IP网络协议发送出去即可。
（一）、通讯传送方式：
　　 通讯传送分为独立的信息头，和发送的编码数据。以下的通讯传送方式定义也与ModBusRTU通讯规约相兼容：
初始结构 = ≥4字节的时间
地址码 = 1 字节
功能码 = 1 字节
数据区 = N 字节
错误校检 = 16位CRC码
结束结构 = ≥4字节的时间
　　地址码：地址码为通讯传送的第一个字节。这个字节表明由用户设定地址码的从机将接收由主机发送来的信息。并且每个从机都有具有唯一的地址码，并且响应回送均以各自的地址码开始。主机发送的地址码表明将发送到的从机地址，而从机发送的地址码表明回送的从机地址。
　　功能码：通讯传送的第二个字节。ModBus通讯规约定义功能号为1到127。本仪表只利用其中的一部分功能码。作为主机请求发送，通过功能码告诉从机执行什么动作。作为从机响应，从机发送的功能码与从主机发送来的功能码一样，并表明从机已响应主机进行操作。如果从机发送的功能码的最高位为１(比如功能码大与此同时127)，则表明从机没有响应操作或发送出错。
　　数据区：数据区是根据不同的功能码而不同。数据区可以是实际数值、设置点、主机发送给从机或从机发送给主机的地址。
　　 CRC码：二字节的错误检测码。
（二）、通讯规约：
　　 当通讯命令发送至仪器时，符合相应地址码的设备接通讯命令，并除去地址码，读取信息，如果没有出错，则执行相应的任务；然后把执行结果返送给发送者。返送的信息中包括地址码、执行动作的功能码、执行动作后结果的数据以及错误校验码。如果出错就不发送任何信息。
1．信息帧结构
地址码
功能码
数据区
错误校验码
8位
8位
N × 8位
16位
　　地址码：地址码是信息帧的第一字节(8位)，从0到255。这个字节表明由用户设置地址的从机将接收由主机发送来的信息。每个从机都必须有唯一的地址码，并且只有符合地址码的从机才能响应回送。当从机回送信息时，相当的地址码表明该信息来自于何处。
　　 功能码：主机发送的功能码告诉从机执行什么任务。表1-1列出的功能码都有具体的含义及操作。
　　数据区：数据区包含需要从机执行什么动作或由从机采集的返送信息。这些信息可以是数值、参考地址等等。例如，功能码告诉从机读取寄存器的值，则数据区必需包含要读取寄存器的起始地址及读取长度。对于不同的从机，地址和数据信息都不相同。
　　错误校验码：主机或从机可用校验码进行判别接收信息是否出错。有时，由于电子噪声或其它一些干扰，信息在传输过程中会发生细微的变化，错误校验码保证了主机或从机对在传送过程中出错的信息不起作用。这样增加了系统的安全和效率。错误校验采用CRC-16校验方法。
注：信息帧的格式都基本相同：地址码、功能码、数据区和错误校验码。
2．错误校验
　　 冗余循环码（CRC）包含2个字节，即16位二进制。CRC码由发送设备计算，放置于发送信息的尾部。接收信息的设备再重新计算接收到信息的 CRC码，比较计算得到的CRC码是否与接收到的相符，如果两者不相符，则表明出错。
（三）、Modbus支持的功能码：
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
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
22～64
保留作扩展功能备用

65～72
保留以备用户功能所用
留作用户功能的扩展编码
73～119
非法功能

120～127
保留
留作内部作用
128～255
保留
用于异常应答
（三）、功能码命令详解：
在这些功能码中较长使用的是1、2、3、4、5、6号功能码，使用它们即可实现对下位机的数字量和模拟量的读写操作。
1、01号命令，读可读写数字量寄存器（线圈状态）：
计算机发送命令：[设备地址] [命令号01] [起始寄存器地址高8位] [低8位] [读取的寄存器数高8位] [低8位] [CRC校验的低8位] [CRC校验的高8位]
例：[11][01][00][13][00][25][CRC低][CRC高]
意义如下：
<1>设备地址：在一个485总线上可以挂接多个设备，此处的设备地址表示想和哪一个设备通讯。例子中为想和17号(十进制的17是十六进制的11)通讯。
<2>命令号01：读取数字量的命令号固定为01。
<3>起始地址高8位、低8位：表示想读取的开关量的起始地址(起始地址为0)。比如例子中的起始地址为19。
<4>寄存器数高8位、低8位：表示从起始地址开始读多少个开关量。例子中为37个开关量。
<5>CRC校验：是从开头一直校验到此之前。
设备响应：[设备地址] [命令号01] [返回的字节个数][数据1][数据2]...[数据n] [CRC校验的高8位] [CRC校验的低8位]
例：[11][01][05][CD][6B][B2][0E][1B] [CRC高] [CRC低]
意义如下：
<1>设备地址和命令号和上面的相同。
<2>返回的字节个数：表示数据的字节个数，也就是数据1，2...n中的n的值。
<3>数据1...n：由于每一个数据是一个8位的数，所以每一个数据表示8个开关量的值，每一位为0表示对应的开关断开，为1表示闭合。比如例子中，表示20号(索引号为19)开关闭合，21号断开，22闭合，23闭合，24断开，25断开，26闭合，27闭合...如果询问的开关量不是8的整倍数，那么最后一个字节的高位部分无意义，置为0。
<4>CRC校验同上。
2、05号命令，写数字量（线圈状态）：
计算机发送命令：[设备地址] [命令号05] [需下置的寄存器地址高8位] [低8位] [下置的数据高8位] [低8位] [CRC校验的低8位] [CRC校验的高8位]
例：[11][05][00][AC][FF][00][CRC高][CRC低]
意义如下：
<1>设备地址和上面的相同。
<2>命令号:写数字量的命令号固定为05。
<3>需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的开关的地址。
<4>下置的数据高8位，低8位：表明需要下置的开关量的状态。例子中为把该开关闭合。注意，此处只可以是[FF][00]表示闭合[00][00]表示断开，其他数值非法。
<5>注意此命令一条只能下置一个开关量的状态。
设备响应：如果成功把计算机发送的命令原样返回，否则不响应。
3、03号命令，读可读写模拟量寄存器（保持寄存器）：
计算机发送命令：[设备地址] [命令号03] [起始寄存器地址高8位] [低8位] [读取的寄存器数高8位] [低8位] [CRC校验的高8位] [CRC校验的低8位]
例：[11][03][00][6B][00][03] [CRC高][CRC低]
意义如下：
<1>设备地址和上面的相同。
<2>命令号:读模拟量的命令号固定为03。
<3>起始地址高8位、低8位：表示想读取的模拟量的起始地址(起始地址为0)。比如例子中的起始地址为107。
<4>寄存器数高8位、低8位：表示从起始地址开始读多少个模拟量。例子中为3个模拟量。注意，在返回的信息中一个模拟量需要返回两个字节。
设备响应：[设备地址] [命令号03] [返回的字节个数][数据1][数据2]...[数据n] [CRC校验的高8位] [CRC校验的低8位]
例：[11][03][06][02][2B][00][00][00][64] [CRC高] [CRC低]
意义如下：
<1>设备地址和命令号和上面的相同。
<2>返回的字节个数：表示数据的字节个数，也就是数据1，2...n中的n的值。例子中返回了3个模拟量的数据，因为一个模拟量需要2个字节所以共6个字节。
<3>数据1...n：其中[数据1][数据2]分别是第1个模拟量的高8位和低8位，[数据3][数据4]是第2个模拟量的高8位和低8位，以此类推。例子中返回的值分别是555，0，100。
<4>CRC校验同上。
4、06号命令，写单个模拟量寄存器（保持寄存器）：
计算机发送命令：[设备地址] [命令号06] [需下置的寄存器地址高8位] [低8位] [下置的数据高8位] [低8位] [CRC校验的高8位] [CRC校验的低8位]
例：[11][06][00][01][00][03] [CRC高] [CRC低]
意义如下：
<1>设备地址和上面的相同。
<2>命令号:写模拟量的命令号固定为06。
<3>需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的模拟量寄存器的地址。
<4>下置的数据高8位，低8位：表明需要下置的模拟量数据。比如例子中就把1号寄存器的值设为3。
<5>注意此命令一条只能下置一个模拟量的状态。
设备响应：如果成功把计算机发送的命令原样返回，否则不响应。
5、16号命令，写多个模拟量寄存器（保持寄存器）：
计算机发送命令：[设备地址] [命令号16] [需下置的寄存器地址高8位] [低8位] [数据数量高8位] [数据数量低8位] [下置的数据高8位] [低8位][……][……] [CRC校验的高8位] [CRC校验的低8位]
例：[11][16][00][01][00][01][00][05] [CRC高] [CRC低]
意义如下：
<1>设备地址和上面的相同。
<2>命令号:写模拟量的命令号固定为16。
<3>需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的模拟量寄存器的地址。
<4>需下置的数据数量高8位，低8位：表明了需要下置的数据数量，这里为1。
<5>下置的数据高8位，低8位：表明需要下置的模拟量数据。比如例子中就把1号寄存器的值设为5。
设备响应：如果成功把计算机返回的如下命令，否则不响应。
设备响应：[设备地址] [命令号16] [需下置的寄存器地址高8位] [低8位] [数据数量高8位] [数据数量低8位] [CRC校验的高8位] [CRC校验的低8位]，如上例返回：
[11][16][00][01][00][01] [CRC高] [CRC低]