MODBUS協(xié)議(功能碼及報文解析)

1、MODBUS協(xié)議Modbus是一種串行通信協(xié)議，是 Modicon于1979年，為使用可 編程邏輯控制器PLC而發(fā)表的。事實上，它已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域通 信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，并且現(xiàn)在是工業(yè)電子設(shè)備之間相當(dāng)常用的連接方式。Modbus比其他通信協(xié)議使用的更廣泛的主要原因有：公開發(fā)表并且無版稅要求相對容易的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)部署對供應(yīng)商來說，修改移動原生的位或字節(jié)沒有很多限制Modbus允許多個設(shè)備連接在同一個網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信， 舉個例子， 一個由測量溫度和濕度的裝置，并且將結(jié)果發(fā)送給電腦。在數(shù)據(jù)采集 與監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA中，Modbus通常用來連接監(jiān)控電腦和rem ote termi nal un it (RTU)

2、 。Modbus協(xié)議目前存在用于串口、以太網(wǎng)以及其他支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié) 議的網(wǎng)絡(luò)的版本。大多數(shù)Modbus設(shè)備通信通過串口 EIA-485物理層進(jìn)行1。對于串行連接，存在兩個變種，它們在數(shù)值數(shù)據(jù)表示不同和協(xié)議 細(xì)節(jié)上略有不同。Modbus RTL是 一種緊湊的，采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù) 的方式，Modbus ASCII是一種人類可讀的，冗長的表示方式。這兩 個變種都使用串行通訊serial communication 方式。RTU格式后 續(xù)的命令/數(shù)據(jù)帶有 循環(huán)冗余校驗的校驗和，而ASCII格式采用縱向 冗余校驗的校驗和。被配置為RTU變種的節(jié)點不會和設(shè)置為 ASCII變 種的節(jié)點通信，反之亦然。對于通過

3、TCP/IP例如以太網(wǎng)的連接，存在多個 Modbus/TCP 變種，這種方式不需要校驗和的計算。對于所有的這三種通信協(xié)議在數(shù)據(jù)模型和功能調(diào)用上都是相同 的，只有封裝方式是不同的。Modbus有一個擴(kuò)展版本 Modbus PlusModbus+或者M(jìn)B+,不過 此協(xié)定是Modicon專有的，和Modbus不同。它需要一個專門的協(xié)處 理器來處理類似HDLC勺高速令牌旋轉(zhuǎn)。它使用1Mbit/s的雙絞線， 并且每個節(jié)點都有轉(zhuǎn)換隔離裝置，是一種采用轉(zhuǎn)換/邊緣觸發(fā)而不是 電壓/水平觸發(fā)的裝置。連接 Modbus Plus到電腦需要特別的接口， 通常是支持ISASA85 ,PCI或者PCMCIA、線的板卡。

4、Modbus協(xié)議是一個 master/slave 架構(gòu)的協(xié)議。有一個節(jié)點是 master節(jié)點，其他使用Modbus協(xié)議參與通信的節(jié)點是 slave 節(jié)點。 每一個slave設(shè)備都有一個唯一的地址。在串行和 MB網(wǎng)絡(luò)中，只 有被指定為主節(jié)點的節(jié)點可以啟動一個命令在以太網(wǎng)上，任何一個設(shè)備都能發(fā)送一個Modbus命令，但是通常也只有一個主節(jié)點設(shè)備啟 動指令。一個ModBus命令包含了打算執(zhí)行的設(shè)備的 Modbus地址。所有設(shè) 備都會收到命令，但只有指定位置的設(shè)備會執(zhí)行及回應(yīng)指令地址 0例外，指定地址0的指令是播送指令，所有收到指令的設(shè)備都會 執(zhí)行，不過不回應(yīng)指令。所有的Modbus命令包含了檢查碼，

5、以確定到達(dá)的命令沒有被破壞。根本的ModBus命令能指令一個RTU改變它的存放器的某個值，控制或者讀取一個I/O端口，以及指揮設(shè)備回 送一個或者多個其存放器中的數(shù)據(jù)。有許多modem和網(wǎng)關(guān)支持Modbus協(xié)議，因為Modbus協(xié)議很簡 單而且容易復(fù)制。它們當(dāng)中一些為這個協(xié)議特別設(shè)計的。有使用有線、 無線通信甚至短消息和 GPRS勺不同實現(xiàn)。不過設(shè)計者需要克服一些 包括高延遲和時序的問題。MODBUS信過程如以下圖MODBUS RT報文格式起始位設(shè)備地功能代址碼數(shù)據(jù)CRC校驗結(jié)束符T1-T2-T3-T48Bit8Bitn 個 8Bit16BitT1-T2-T3-T4MODBUS ASCI報文格式

6、起始位設(shè)備地功能代碼數(shù)據(jù)LRC校結(jié)束符1個字符2個字2個字符n個字符2個字2個字符MODBUS TCP文交互標(biāo)識協(xié)議標(biāo)識報文長度設(shè)備標(biāo)識功能代碼數(shù)據(jù)2字節(jié)一般為02字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)一般為0咼字節(jié)在也就是設(shè)1個字符n個字符前備地址實際上MODBUS RTU ASCII的內(nèi)容是完全相同的，不同的的 AS CII方式用“：標(biāo)識幀起始，用“ CR LF'標(biāo)識幀結(jié)束。校驗采用L RC把RTU幀中一個字節(jié)的內(nèi)容換成了 2個ASCII字符。比方在RTU 方式下設(shè)備地址01只有一個字節(jié)，在ASCII方式下轉(zhuǎn)換成字符串“0 1 16進(jìn)制的30 31丨。MODBUS TC中的設(shè)備標(biāo)識，功能碼等與MODBU

7、S RTU同，可以認(rèn)為是在MODBUS RTU文的前邊加了一個頭，去掉了 CRC校驗這個 尾。MODBUS、議定義了 4種根本數(shù)據(jù)類型：可讀寫位數(shù)據(jù)，只讀位 數(shù)據(jù)，只讀16位數(shù)據(jù)，可讀寫16位數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)分別被稱為線圈 狀態(tài)，輸入狀態(tài)，輸入存放器，保持存放器。MODBU協(xié)議中定義的這些數(shù)據(jù)都是一個從地址 1開始的數(shù)組,訪問時需要指明從哪個地址開始訪問，訪問多少個數(shù)據(jù)。下表是MODBUS的功能碼ModBus功 能碼功能 碼名稱作用01讀取線圈狀態(tài)取得一組邏輯線圈的當(dāng)前狀態(tài)ON/OFF)02讀取輸入狀態(tài)取得一組開關(guān)輸入的當(dāng)前狀態(tài)ON/OFF)03讀取保持存放器在一個或多個保持存放器中取得當(dāng)前的二

8、進(jìn)制 值04讀取輸入存放器在一個或多個輸入存放器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制 值05強(qiáng)置單線圈強(qiáng)置一個邏輯線圈的通斷狀態(tài)06預(yù)置單存放器把具體二進(jìn)值裝入一個保持存放器取得8個內(nèi)部線圈的通斷狀態(tài)，這8個線圈的07讀取異常狀態(tài)地址由控制器決定，用戶邏輯可以將這些線圈 定義，以說明從機(jī)狀態(tài)，短報文適宜于迅速讀取狀態(tài)08回送診斷校驗把診斷校驗報文送從機(jī)，以對通信處理進(jìn)行評 鑒09編程只用于484使主機(jī)模擬編程器作用，修改 PC從機(jī)邏輯 可使主機(jī)與一臺正在執(zhí)行長程序任務(wù)從機(jī)通10控詢只用于484信，探詢該從機(jī)是否已完成其操作任務(wù)，僅在 含有功能碼9的報文發(fā)送后，本功能碼才發(fā)送11讀取事件計數(shù)可使主機(jī)發(fā)出單詢問，并

9、隨即判定操作是否成 功，尤其是該命令或其他應(yīng)答產(chǎn)生通信錯誤時可是主機(jī)檢索每臺從機(jī)的ModBus事務(wù)處理通12讀取通信事件記錄信事件記錄。如果某項事務(wù)處理完成，記錄會 給出有關(guān)錯誤13編程184/384 484584可使主機(jī)模擬編程器功能修改 PC從機(jī)邏輯探詢184/384 484584可使主機(jī)與正在執(zhí)行任務(wù)的從機(jī)通信，定期控14詢該從機(jī)是否已完成其程序操作，僅在含有功 能13的報文發(fā)送后，本功能碼才得發(fā)送15強(qiáng)置多線卷強(qiáng)置一串連續(xù)邏輯線圈的通斷16預(yù)置多存放器把具體的二進(jìn)制值裝入一串連續(xù)的保持存放器17報告從機(jī)標(biāo)識可使主機(jī)判斷編址從機(jī)的類型及該從機(jī)運(yùn)行指 示燈的狀態(tài)18884 和 MICRO

10、84可使主機(jī)模擬編程功能，修改 PC狀態(tài)邏輯19重置通信鏈路發(fā)生非可修改錯誤后，是從機(jī)復(fù)位于狀態(tài)， 可重置順序子節(jié)20讀取通用參數(shù)584L顯示擴(kuò)展存儲器文件中的數(shù)據(jù)信息21寫入通用參數(shù)584L把通用參數(shù)寫入擴(kuò)展存儲文件，或修改之22保存作擴(kuò)展功能備64用6572保存以備用戶功能所用留作用戶功能的擴(kuò)展編碼73非法功能119120127保存留作內(nèi)部作用128保存用于異常應(yīng)答255各個功能碼對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型代碼功能數(shù)據(jù)類型01讀位02讀位03讀16位整型04讀16位整型05寫位06寫整16位整型15寫位16寫整16位整型MODBU協(xié)議相當(dāng)復(fù)雜，但是常用的命令也就簡單的幾個，01, 02, 03, 04

11、, 05, 06, 15, 16 號命令。各個命令的功能和報文如下：01命令讀取線圈狀態(tài) MODBUSfe址00001MODBUS請求功能碼1 BYTE0X01起始地址2 BYTE0X0000 TO OXFFFF讀取數(shù)量2 BYTE1 TO 2000(0X7D0)MODBUS響應(yīng)功能碼1 BYTE0X01字節(jié)計數(shù)1 BYTEN線圈狀態(tài)n BYTEn =N or N+1N =讀取數(shù)量/8如果余數(shù)不為0那么N=N+1錯誤響應(yīng)功能碼1 BYTE0X01+ 0X80錯誤代碼1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4舉例請求響應(yīng)域名稱數(shù)據(jù)hex域名稱數(shù)據(jù)hex功能碼01功能碼01起始地

12、址咼字節(jié)00字節(jié)計數(shù)03起始地址低字節(jié)1327 h丨20狀態(tài)CD讀取數(shù)量高字節(jié)0035 h丨28狀態(tài)6B讀取數(shù)量低字節(jié)1338 h丨36狀態(tài)0502命令 讀取輸入狀態(tài) MODBUSfe址10001MODBUS請求功能碼1 BYTE0X02起始地址2 BYTE0X0000 TO OXFFFF讀取數(shù)量2 BYTE1 TO 2000(0X7D0)MODBUS響應(yīng)功能碼1 BYTE0X02字節(jié)計數(shù)1 BYTEN輸入狀態(tài)n BYTEn =N or N+1N =讀取數(shù)量/8如果余數(shù)不為0那么N=N+1錯誤響應(yīng)功能碼1 BYTE0X02+ 0X80錯誤代碼1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or

13、 0x4舉例請求響應(yīng)域名稱數(shù)據(jù)hex域名稱數(shù)據(jù)hex功能碼02功能碼02起始地址咼字節(jié)00字節(jié)計數(shù)03起始地址低字節(jié)C4204(h)197狀態(tài)AC讀取數(shù)量高字節(jié)00212(h)205狀態(tài)DB讀取數(shù)量低字節(jié)16218(h)213狀態(tài)3503讀保持存放器 MODBUS地址40001MODBUS請求功能碼1 BYTE0X03起始地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF讀取數(shù)量2 BYTE1 TO 125(0X7D)MODBUS響應(yīng)功能碼1 BYTE0X03字節(jié)計數(shù)1 BYTEN*2輸入狀態(tài)N*2 BYTE錯誤響應(yīng)功能碼1 BYTE0X03+ 0X80錯誤代碼1 BYTE0x1 or 0x2

14、or 0x3 or 0x4舉例請求響應(yīng)域名稱數(shù)據(jù)hex域名稱數(shù)據(jù)hex功能碼03功能碼03起始地址咼字節(jié)00字節(jié)計數(shù)06起始地址低字節(jié)6B存放器高10802讀取數(shù)量高字節(jié)00存放器低1082B讀取數(shù)量低字節(jié)03存放器高10900存放器低10900存放器高11000存放器低1106404輸入存放器 MODBUSfe址30001MODBUS請求功能碼1 BYTE0X04起始地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF讀取數(shù)量2 BYTE1 TO 125(0X7D)MODBUS響應(yīng)功能碼1 BYTE0X04字節(jié)計數(shù)1 BYTEN*2輸入狀態(tài)N*2 BYTE錯誤響應(yīng)功能碼1 BYTE0X04+ 0

15、X80錯誤代碼1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4舉例請求響應(yīng)域名稱數(shù)據(jù)hex域名稱數(shù)據(jù)hex功能碼04功能碼04起始地址咼字節(jié)00字節(jié)計數(shù)02起始地址低字節(jié)08輸入存放器高900讀取數(shù)量高字節(jié)00輸入存放器低90A讀取數(shù)量低字節(jié)0105 設(shè)置單個繼電器狀態(tài)MODBUS請求功能碼1 BYTE0X05設(shè)置地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF設(shè)置內(nèi)容2 BYTE0x0000 OR 0XFF000x0000釋放繼電器0xff00 吸合繼電器MODBUS響應(yīng)功能碼1 BYTE0X05設(shè)置地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF設(shè)置內(nèi)容2 BYTE0x0000

16、 OR 0XFF00錯誤響應(yīng)功能碼1 BYTE0X05+ 0X80錯誤代碼1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4舉例吸合6號繼電器請求響應(yīng)域名稱數(shù)據(jù)hex域名稱數(shù)據(jù)hex功能碼05功能碼05設(shè)置地址高字節(jié)00設(shè)置地址高字節(jié)00設(shè)置地址低字節(jié)05設(shè)置地址低字節(jié)05設(shè)置內(nèi)容咼字節(jié)FF設(shè)置內(nèi)容咼字節(jié)FF設(shè)置內(nèi)容低字節(jié)00設(shè)置內(nèi)容低字節(jié)FF06 設(shè)置單個保持存放器MODBUS請求功能碼1 BYTE0X06設(shè)置地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF設(shè)置內(nèi)容2 BYTE0x0000 to 0XFF00MODBUS響應(yīng)功能碼1 BYTE0X06設(shè)置地址2 BYTE0X0000

17、 TO 0XFFFF設(shè)置內(nèi)容2 BYTE0x0000 to 0XFF00錯誤響應(yīng)功能碼1 BYTE0X06+ 0X80錯誤代碼1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4舉例設(shè)置9號保持存放器內(nèi)容為25請求響應(yīng)域名稱數(shù)據(jù)hex域名稱數(shù)據(jù)hex功能碼06功能碼06設(shè)置地址高字節(jié)00設(shè)置地址高字節(jié)00設(shè)置地址低字節(jié)08設(shè)置地址低字節(jié)08設(shè)置內(nèi)容咼字節(jié)00設(shè)置內(nèi)容高字節(jié)00設(shè)置內(nèi)容低字節(jié)19設(shè)置內(nèi)容低字節(jié)1915設(shè)置多個繼電器狀態(tài)MODBUS請求功能碼1 BYTE0X0F設(shè)置起始地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF設(shè)置長度2 BYTE0X0000 TO 0X7B0字節(jié)計數(shù)

18、1 BYTEN設(shè)置內(nèi)容N BYTEMODBUS響應(yīng)功能碼1 BYTEOXOF設(shè)置起始地址2 BYTE0X0000 TO OXFFFF設(shè)置長度2 BYTE0X0000 TO 0X7B0錯誤響應(yīng)功能碼1 BYTE0X0F+ 0X80錯誤代碼1 BYTE0x1 or 0x2 or 0x3 or 0x4舉例設(shè)置繼電器請求響應(yīng)域名稱數(shù)據(jù)hex域名稱數(shù)據(jù)hex功能碼0F功能碼0F設(shè)置地址高字節(jié)00設(shè)置地址高字節(jié)00設(shè)置地址低字節(jié)13設(shè)置地址低字節(jié)13設(shè)置數(shù)量高字節(jié)00設(shè)置數(shù)量高字節(jié)00設(shè)置數(shù)量低字節(jié)0A設(shè)置數(shù)量低字節(jié)0A字節(jié)計數(shù)02設(shè)置內(nèi)容咼字節(jié)CD設(shè)置內(nèi)容低字節(jié)0116設(shè)置多個保持存放器MODBUS請求功能碼1 BYTE0X10設(shè)置起始地址2 BYTE0X0000 TO 0XFFFF設(shè)置長度2 BYTE0X0000 TO 0X7B0字節(jié)計數(shù)1 BYTEN*