MODBUS協(xié)議功能碼及報文解析

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)送給計算機。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)控計算機禾口remoteterminalunit(RTU)。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。ModbusRTU是一種緊湊的，采用二進制表示數(shù)據(jù)的方式，ModbusASCII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(serialcommunication)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有一個擴展版本ModbusPlus（Modbus+或者MB+），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的高速令牌旋轉(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ModbusPlus到計算機需要特別的接口，通常是支持ISA（SA85）,PCI或者PCMCIA總線的板卡。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的指令是廣播指令，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，以確定到達的命令沒有被破壞。基本的ModBus命令能指令一個RTU改變它的寄存器的某個值，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寄存器中的數(shù)據(jù)。有許多modems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的不同實現(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通信過程如下圖MODBUSRTU報文格式設(shè)備地功能代CRC校起始位址碼數(shù)據(jù)驗結(jié)束符T1-T2-T3-T48Bit8Bitn個8Bit16BitT1-T2-T3-T4MODBUSASCII報文格式設(shè)備地LRC校起始位址功能代碼數(shù)據(jù)驗結(jié)束符2個字2個字1個字符符2個字符n個字符符2個字符交互標(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)MODBUSTCP報文2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)也就是設(shè)1個字符n個字符一般為0高字節(jié)在般為02字節(jié)備地址實際上MODBUSRTU與ASCII的內(nèi)容是完全相同的，不同的的ASCII方式用“：”標(biāo)識幀起始，用“ LFR標(biāo)識幀結(jié)束。校驗采用LRC,把RTU幀中一個字節(jié)的內(nèi)容換成了2個ASCII字符。比如在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“01”（16進制的3031）。MODBUSTCP中的設(shè)備標(biāo)識，功能碼等與MODBUSRTU相同，可以認(rèn)為是在MODBUSRTU報文的前邊加了一個頭，去掉了CRC校驗這個尾。MODBUS協(xié)議定義了4種基本數(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)，輸入寄存器，保持寄存器。MODBUS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功能碼功能作用碼名稱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)在一個或多個保持寄存器中取得當(dāng)前的二進制03讀取保持寄存器值在一個或多個輸入寄存器中取得當(dāng)前的二進制04讀取輸入寄存器值05強置單線圈強置一個邏輯線圈的通斷狀態(tài)06預(yù)置單寄存器把具體二進值裝入一個保持寄存器07讀取異常狀態(tài)取得8個內(nèi)部線圈的通斷狀態(tài)，這8個線圈的地址由控制器決定，用戶邏輯可以將這些線圈定義，以說明從機狀態(tài)，短報文適宜于迅速讀取狀態(tài)把診斷校驗報文送從機，以對通信處理進行評08回送診斷校驗鑒09編程（只用于484）使主機模擬編程器作用，修改PC從機邏輯可使主機與一臺正在執(zhí)行長程序任務(wù)從機通10控詢（只用于484）信，探詢該從機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)送可使主機發(fā)出單詢問，并隨即判定操作是否成11讀取事件計數(shù)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檢索每臺從機的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)錯誤編程(184/384484可使主機模擬編程器功能修改PC可使主機模擬編程器功能修改PC從機邏輯584)可使主機與正在執(zhí)行任務(wù)的從機通信，定期控探詢(184/384484探詢(184/38448414584）能13的報文發(fā)送后，本功能碼才得發(fā)送15強置多線圈強置一串連續(xù)邏輯線圈的通斷可示燈16預(yù)置多寄存器可示燈使主機判斷編址從機的類型及該從機運行指17報告從機標(biāo)識的狀態(tài)18（884和18（884和MICRO84）發(fā)生非可修改錯誤后，是從機復(fù)位于已知狀態(tài)19重置通信鏈路19重置通信鏈路可重置順序字節(jié)顯示擴展存儲器文件中的數(shù)據(jù)信息讀取通用參數(shù)（584L）顯示擴展存儲器文件中的數(shù)據(jù)信息讀取通用參數(shù)（584L）寫入通用參數(shù)（584L）?64保留作擴展功能備用65?72保留以備用戶功能把通用參數(shù)寫入擴展存儲文件，或修改之留作用戶功能的擴展編碼73?所用73?所用119非法功能留作內(nèi)部作用120?127保留用于異常應(yīng)答各個功能碼對應(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01,MODBUS01,02,03，04，05,06，15，16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)MODBUS地址00001?MODBUS請求

功能碼1BYTE0X01起始地址2BYTE0X0000TO0XFFFF讀取數(shù)量2BYTE1TO2000(0X7D0)MODBUS響應(yīng)功能碼1BYTE0X01字節(jié)計數(shù)1BYTEN線圈狀態(tài)nBYTEn=NorN+1N=讀取數(shù)量/8 如果余數(shù)不為0則N=N+1錯誤響應(yīng)功能碼1BYTE0X01+0X80錯誤代碼1BYTE0x1or0x2or0x3or0x4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起始地址咼（字節(jié)）00字節(jié)計數(shù)03起始地址低（字節(jié)）1327(h)?20狀態(tài)CD讀取數(shù)量咼（字節(jié)）0035(h)?28狀態(tài)6B讀取數(shù)量低（字節(jié)）1338(h)?36狀態(tài)0502命令讀取輸入狀態(tài)MODBUS地址10001

MODBUS請求功能碼1BYTE0X02起始地址2BYTE0X0000TO0XFFFF讀取數(shù)量2BYTE1TO2000(0X7D0)MODBUS響應(yīng)功能碼1BYTE0X02字節(jié)計數(shù)1BYTEN輸入狀態(tài)nBYTEn=NorN+1N=讀取數(shù)量/8 如果余數(shù)不為0則N=N+1錯誤響應(yīng)功能碼1BYTE0X02+0X80錯誤代碼1BYTE0x1or0x2or0x3or0x4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)量咼（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)35

03讀保持寄存器MODBUS地址03讀保持寄存器MODBUS地址40001功能碼1BYTE0X03起始地址2BYTE0X0000TOOXFFFF讀取數(shù)量2BYTE1TO125(0X7D)MODBUS響應(yīng)功能碼1BYTE0X03字節(jié)計數(shù)1BYTEN*2輸入狀態(tài)N*2BYTE錯誤響應(yīng)功能碼1BYTE0X03+0X80錯誤代碼1BYTE0x1or0x2or0x3or0x4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寄存器高（108）02

讀取數(shù)量咼（字節(jié)）00寄存器低（108）2B讀取數(shù)量低（字節(jié)）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輸入寄存器MODBUS地址30001MODBUS請求功能碼1BYTE0X04起始地址2BYTE0X0000TO0XFFFF讀取數(shù)量2BYTE1TO125(0X7D)MODBUS響應(yīng)功能碼1BYTE0X04字節(jié)計數(shù)1BYTEN*2輸入狀態(tài)N*2BYTE錯誤響應(yīng)功能碼1BYTE0X04+0X80錯誤代碼1BYTE0x1or0x2or0x3or0x4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輸入寄存器高（9）00讀取數(shù)量咼（字節(jié)）00輸入寄存器低（9）0A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1BYTE0X05設(shè)置地址2BYTE0X0000TO0XFFFF設(shè)置內(nèi)容2BYTE0x0000OR0XFF000x0000釋放繼電器0xff00吸合繼電器MODBUS響應(yīng)功能碼1BYTE0X05設(shè)置地址2BYTE0X0000TO0XFFFF設(shè)置內(nèi)容2BYTE0x0000OR0XFF00錯誤響應(yīng)功能碼1BYTE0X05+0X80

錯誤代碼1BYTE0x1or0x2or0x3or0x4錯誤代碼1BYTE0x1or0x2or0x3or0x4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)置地址咼（子節(jié)）00設(shè)置地址咼（字節(jié)）00設(shè)置地址低（子節(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)置單個保持寄存器MODBUS請求功能碼1BYTE0X06設(shè)置地址2BYTE0X0000TO0XFFFF設(shè)置內(nèi)容2BYTE0x0000to0XFF00MODBUS響應(yīng)功能碼1BYTE0X06設(shè)置地址2BYTE0X0000TO0XFFFF

設(shè)置內(nèi)容2BYTE0x0000to0XFF00錯誤響應(yīng)功能碼1BYTE0X06+0X80錯誤代碼1BYTE0x1or0x2or0x3or0x4舉例設(shè)置9號保持寄存器內(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)置地址咼（子節(jié)）00設(shè)置地址咼（字節(jié)）00設(shè)置地址低（子節(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)容咼（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1BYTE0X0F設(shè)置起始地址2BYTE0X0000TO0XFFFF設(shè)置長度2BYTE0X0000TO0X7B0

字節(jié)計數(shù)1BYTEN設(shè)置內(nèi)容NBYTEMODBUS響應(yīng)功能碼1BYTEOXOF設(shè)置起始地址2BYTE0X0000TOOXFFFF設(shè)置長度2BYTE0X0000TO0X7B0錯誤響應(yīng)功能碼1BYTE0X0F+0X80錯誤代碼1BYTE0x1or0x2or0x3or0x4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)置地址咼（字節(jié)）00設(shè)置地址咼（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)置多個保持寄存器MODBUS請求功能碼1BYTE0X10設(shè)置起始地址2BYTE0X0000TOOXFFFF設(shè)置長度2BYTE0X0000TO0X7B0字節(jié)計數(shù)1BYTEN*2設(shè)置內(nèi)容N*2BY