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2024年7月17日发(作者:)
MODBUS
析)
协议(功能码及报文解
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。M
odbus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。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。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( 0例外,
指定 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
功能代
码
8Bit
数据 CRC校验
n个
8Bit
结束符
T1-T2-T3-T4 8Bit 16Bit T1-T2-T3-T4
MODBUS ASCII 报文格式
起始位
1个字符
设备 功能代码 数据
LRC校
验
结束符
2个字符
2个字2个字
2个字符 n个字符
符 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 2字节 1字节
2字节
一般为0 高字节在也就是设1个字符 n个字符
一般为0
前 备
实际上MODBUS RTU与ASCII的内容是完全相同的,不同的的AS
CII方式用“:”标识帧起始,用“CR LF”标识帧结束。校验采用L
RC,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 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1开始的数组,访问
时需要指明从哪个开始访问,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
取得一组逻辑线圈的当前状态(ON/OFF)
取得一组开关输入的当前状态(ON/OFF)
在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制
值
在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制
值
强置一个逻辑线圈的通断状态
把具体二进值装入一个保持寄存器
取得8个内部线圈的通断状态,这8个线圈的
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
把诊断校验报文送从机,以对通信处理进行评
鉴
01 读取线圈状态
02 读取输入状态
03 读取保持寄存器
04 读取输入寄存器
05 强置单线圈
06 预置单寄存器
07 读取异常状态
08 回送诊断校验
09 编程(只用于484) 使主机模拟编程器作用,修改PC从机逻辑
可使主机与一台正在执行长程序任务从机通
10 控询(只用于484) 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
可是主机检索每台从机的ModBus事务处理通
12 读取通信事件记录 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 可使主机模拟编程器功能修改PC从机逻辑
584)
可使主机与正在执行任务的从机通信,定期控
探询(184/384 484
14 询该从机是否已完成其程序操作,仅在含有功
584)
能13的报文发送后,本功能码才得发送
15 强置多线圈
16 预置多寄存器
17 报告从机标识
强置一串连续逻辑线圈的通断
把具体的二进制值装入一串连续的保持寄存器
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
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
显示扩展存储器文件中的数据信息
把通用参数写入扩展存储文件,或修改之
留作用户功能的扩展编码
留作内部作用
用于异常应答
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
20
21
读取通用参数
(584L)
写入通用参数
(584L)
22~保留作扩展功能备
64 用
65~保留以备用户功能
72 所用
73~
非法功能
119
120~
保留
127
128~
保留
255
各个功能码对应的数据类型
代
功能
码
01
02
03
读
读
读
位
位
16位整型
数据类型
04
05
06
15
16
读
写
写
写
写
16位整型
位
整16位整型
位
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,01,0
2,03,04,05,06,15,16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 00001~
MODBUS 请求
功能码
起始
读取数量
MODBUS 响应
功能码
字节计数
线圈状态
1 BYTE
1 BYTE
0X01
N
n =N or N+1
1 BYTE
2 BYTE
2 BYTE
0X01
0X0000 TO 0XFFFF
1 TO 2000(0X7D0)
n BYTE
N =读取数量/8 如果余数不为0 则N=N+1
错误 响应
功能码
错误代码
举例
请求
域名称 数据(hex) 域名称
1 BYTE
1 BYTE
0X01+ 0X80
0x1 or 0x2 or 0x3 or
0x4
响应
数据(hex)
功能码
起始高(字节)
起始低(字节)
读取数量高(字节)
读取数量低(字节)
01
00
13
00
13
功能码
字节计数
27(h)~20状态
35(h)~28状态
38(h)~36状态
01
03
CD
6B
05
02 命令 读取输入状态 MODBUS 10001~
MODBUS 请求
功能码
起始
读取数量
MODBUS 响应
功能码
字节计数
输入状态
1 BYTE
1 BYTE
0X02
N
n =N or N+1
1 BYTE
2 BYTE
2 BYTE
0X02
0X0000 TO 0XFFFF
1 TO 2000(0X7D0)
n BYTE
N =读取数量/8 如果余数不为0 则N=N+1
错误 响应
功能码
错误代码
举例
请求
域名称
功能码
起始高(字节)
起始低(字节)
读取数量高(字节)
读取数量低(字节)
数据(hex)
02
00
C4
00
16
域名称
功能码
字节计数
204(h)~197状态
212(h)~205状态
218(h)~213状态
1 BYTE
1 BYTE
0X02+ 0X80
0x1 or 0x2 or 0x3 or
0x4
响应
数据(hex)
02
03
AC
DB
35
03 读保持寄存器 MODBUS 40001~
MODBUS 请求
功能码
起始
读取数量
MODBUS 响应
功能码
字节计数
输入状态
错误 响应
功能码
错误代码
举例
请求
域名称
功能码
起始高(字节)
起始低(字节)
读取数量高(字节)
读取数量低(字节)
数据(hex)
03
00
6B
00
03
域名称
功能码
字节计数
寄存器高(108)
寄存器低(108)
寄存器高(109)
寄存器低(109)
寄存器高(110)
寄存器低(110)
响应
数据(hex)
03
06
02
2B
00
00
00
64
1 BYTE
1 BYTE
0X03+ 0X80
0x1 or 0x2 or 0x3 or
0x4
1 BYTE
1 BYTE
N*2 BYTE
0X03
N*2
1 BYTE
2 BYTE
2 BYTE
0X03
0X0000 TO 0XFFFF
1 TO 125(0X7D)
04 输入寄存器 MODBUS 30001~
MODBUS 请求
功能码
起始
读取数量
1 BYTE
2 BYTE
2 BYTE
0X04
0X0000 TO 0XFFFF
1 TO 125(0X7D)
MODBUS 响应
功能码
字节计数
输入状态
错误 响应
功能码
错误代码
举例
请求
域名称
功能码
起始高(字节)
起始低(字节)
读取数量高(字节)
读取数量低(字节)
数据(hex)
04
00
08
00
01
域名称
功能码
字节计数
输入寄存器高(9)
输入寄存器低(9)
响应
数据(hex)
04
02
00
0A
1 BYTE
1 BYTE
0X04+ 0X80
0x1 or 0x2 or 0x3 or
0x4
1 BYTE
1 BYTE
N*2 BYTE
0X04
N*2
05
设置单个继电器状态
MODBUS 请求
功能码
设置
设置内容
1 BYTE
2 BYTE
2 BYTE
0X05
0X0000 TO 0XFFFF
0x0000 OR 0XFF00
0x0000 释放继电器
0xff00 吸合继电器
MODBUS 响应
功能码
设置
设置内容
错误 响应
功能码
错误代码
举例(吸合6号继电器)
1 BYTE
1 BYTE
0X05+ 0X80
0x1 or 0x2 or 0x3 or
0x4
1 BYTE
2 BYTE
2 BYTE
0X05
0X0000 TO 0XFFFF
0x0000 OR 0XFF00
请求
域名称
功能码
设置高(字节)
设置低(字节)
设置内容高(字节)
设置内容低(字节)
数据(hex)
05
00
05
FF
00
域名称
功能码
设置高(字节)
设置低(字节)
响应
数据(hex)
05
00
05
FF
FF
设置内容高(字节)
设置内容低(字节)
06
设置单个保持寄存器
MODBUS 请求
功能码
设置
设置内容
MODBUS 响应
功能码
设置
设置内容
错误 响应
功能码
错误代码
举例
设置9号保持寄存器内容为25
请求
域名称
功能码
设置高(字节)
设置低(字节)
设置内容高(字节)
数据(hex)
06
00
08
00
域名称
功能码
设置高(字节)
设置低(字节)
设置内容高(字节)
响应
数据(hex)
06
00
08
00
1 BYTE
1 BYTE
0X06+ 0X80
0x1 or 0x2 or 0x3 or
0x4
1 BYTE
2 BYTE
2 BYTE
0X06
0X0000 TO 0XFFFF
0x0000 to 0XFF00
1 BYTE
2 BYTE
2 BYTE
0X06
0X0000 TO 0XFFFF
0x0000 to 0XFF00
设置内容低(字节)
19
设置内容低(字节)
19
15 设置多个继电器状态
MODBUS 请求
功能码
设置起始
设置长度
字节计数
设置内容
MODBUS 响应
功能码
设置起始
设置长度
错误 响应
功能码
错误代码
举例
设置继电器
请求
域名称
功能码
设置高(字节)
设置低(字节)
设置数量高(字节)
设置数量低(字节)
字节计数
设置内容高(字节)
设置内容低(字节)
数据(hex)
0F
00
13
00
0A
02
CD
01
域名称
功能码
设置高(字节)
设置低(字节)
设置数量高(字节)
设置数量低(字节)
响应
数据(hex)
0F
00
13
00
0A
1 BYTE
1 BYTE
0X0F+ 0X80
0x1 or 0x2 or 0x3 or
0x4
1 BYTE
2 BYTE
2 BYTE
0X0F
0X0000 TO 0XFFFF
0X0000 TO 0X7B0
1 BYTE
2 BYTE
2 BYTE
1 BYTE
N BYTE
0X0F
0X0000 TO 0XFFFF
0X0000 TO 0X7B0
N
16 设置多个保持寄存器
MODBUS 请求
功能码
设置起始
设置长度
字节计数
设置内容
MODBUS 响应
功能码
设置起始
设置长度
错误 响应
功能码
错误代码
举例
设置多个保持寄存器
请求
域名称
功能码
设置高(字节)
设置低(字节)
设置数量高(字节)
设置数量低(字节)
字节计数
设置内容高(字节)
数据(hex)
10
00
01
00
02
04
00
域名称
功能码
设置高(字节)
设置低(字节)
设置数量高(字节)
设置数量低(字节)
响应
数据(hex)
0F
00
01
00
02
1 BYTE
1 BYTE
0X10+ 0X80
0x1 or 0x2 or 0x3 or
0x4
1 BYTE
2 BYTE
2 BYTE
0X10
0X0000 TO 0XFFFF
0X0000 TO 0X7B0
1 BYTE
2 BYTE
2 BYTE
1 BYTE
N*2 BYTE
0X10
0X0000 TO 0XFFFF
0X0000 TO 0X7B0
N*2
设置内容低(字节)
设置内容高(字节)
设置内容低(字节)
0A
01
02
MODBUS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,第一路开关量输入为10001,
第二路为10002,………
开关量输出映射到 00001,第一路为00001,第二路为0000
2,…….
模拟量输入映射到 30001,第一路为 30001,第二路为3000
2,……
模拟量输出和计数器输入映射到40001,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MODBU
S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。
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