MODBUS协议合约(功能码及其报文解析-).doc

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1、MODBUS 协议协议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 termina

2、l 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

3、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（

4、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

5、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T

6、1-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

7、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

8、，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

9、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

10、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226 4保留作扩展功能备 用657

11、 2保留以备用户功能 所用留作用户功能的扩展编码731 19非法功能120 127保留留作内部作用128 255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 请求请求功能码1 BYTE0X01起始地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF读取数量2 BYTE1

12、TO 2000(0X7D0)MODBUS 响应响应功能码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 错误错误 响应响应功能码1 BYTE0X01+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例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 M

13、ODBUS 地址 10001MODBUS 请求请求功能码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 错误错误 响应响应功能码1 BYTE0X02+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例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)C

14、4204(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 响应响应功能码1 BYTE0X03字节计数1 BYTEN*2输入状态N*2 BYTE 错误错误 响应响应功能码1 BYTE0X03+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例举例请求响应域名称数据（hex）域名称数据（

15、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 响应响应功能码1 BYTE0X04字节计数1 BYTEN*2输入状态N*2 BYTE 错误错误 响应响应功能码1 BYTE0X04

16、+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例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 响应响应功能码1 BYTE0X05设置地址2 BYTE

17、0X0000 TO 0XFFFF设置内容2 BYTE0x0000 OR 0XFF00错误错误 响应响应功能码1 BYTE0X05+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例举例(吸合吸合 6 号继电器号继电器)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 请求请求功能码1 BYTE0X06设置地址2 BYTE0X0000

18、TO 0XFFFF设置内容2 BYTE0x0000 to 0XFF00MODBUS 响应响应功能码1 BYTE0X06设置地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF设置内容2 BYTE0x0000 to 0XFF00错误错误 响应响应功能码1 BYTE0X06+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例举例 设置设置 9 号保持寄存器内容为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

19、(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 BYTE MODBUS 响应响应功能码1 BYTE0X0F设置起始地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF设置长度2 BYTE0X0000 TO 0X7B0错误错误 响应响应功能码1 BYTE0X0F+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例举例 设置继电器设置继电器请求响应域名

20、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 BYTE MODBUS 响应响应功能码1 BYTE0X10设置起始地址2 BYTE0X000

21、0 TO 0XFFFF设置长度2 BYTE0X0000 TO 0X7B0错误错误 响应响应功能码1 BYTE0X10+ 0X80错误代码1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4举例举例 设置多个保持寄存器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

22、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。