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1、ModBus网络是一个工业通信系统，由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成。其系统结构既包括硬件、亦包括软件。它可应用于各种数据采集和过程监控。MOdBUS网络只有一个主机，所有通信都由他发出。网络可支持247个之多的远程从属控制器，但实际所支持的从机数要由所用通信设备决定。采用这个系统，各PC可以和中心主机交换信息而不影响各PC执行本身的控制任务。了解Modbus通讯协议是怎么回事，在现场就可以用各种第三方的小软件做通讯测试了。ModbUS协议包括ASClI、RTUTCP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
2、进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的ModbusoModbus的ASCIkRTU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1.RC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
3、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ASClkRTU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。1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=24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I可
4、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127o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
5、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。2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NX8位16位地址码：地址码是信息帧的第一字节（8位），从O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
6、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
7、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。3Modbus支持的功能码：功能码名称作用1读取线圈状态取得一组逻辑线圈的当前状态（ON/OFF）2读取输入状态取得组开关输入的当前状态（ON/OFF）3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4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5强
8、置单线圈强置一个逻辑线圈的通断状态6预置单寄存器把具体二进值装入一个保持寄存器7读取异常状态取得8个内部线圈的通断状态，这8个线圈的地址山控制器决定8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9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，
9、记录会给出有关错误13编程(184/384484584)可使主机模拟编程器功能修改PC从机逻辑14探询(184/384484584)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MICRO84)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，可重苴顺序字节20读取通用参数（5841.）显示扩展存储器文件中的
10、数据信息21写入通用参数（5841.）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73119非法功能120127保留留作内部作用128255保留用于异常应答4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、Ol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IHUl山IUihhI例：ll0100130025CRC低CRC高意义如
11、下：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。命令号01：读取数字量的命令号固定为01。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。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。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nCRC校验的高8位CRC校验的低8位Illl山H山川IllIlIhl例：11O1O5CD6BB2OE1BCRC高CRC低意义如下：设备地
12、址和命令号和上面的相同。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。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。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HCRC校验的低8位CRC校验的高8位由IiIlMW：1
13、1105100ACFF00CRCiCRC低意义如下：设备地址和上面的相同。命令号:写数字量的命令号固定为05o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。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FFOO表示闭合0000表示断开，其他数值非法。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Iiwh山IU
14、ihhi例：ll03006B0003CRC高MCRC低意义如下：设备地址和上面的相同。命令号:读模拟量的命令号固定为03o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）o比如例子中的起始地址为107。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nCRC校验的高8位CRC校验的低8位Illl山H山川IllIlIhl例：ll0306022B00000064CRC高CRC低意义如下：设备地址和命令号和上面的相同。返回的字节个数：表示数据的
15、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。数据l.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555,0,100oCRC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Illl山Hllll血IlllIJ例：ll0600010003CRC高CRC低意义如下：设备地址和上面的相同。命令号:写模拟量的命令号固定为
16、06o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。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。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ICRC校验的高8位CRC校验的低8位例：ll16000100010005CRC高CRC低意义如下：设备地址和上面的相同。命令号:写模拟量的命令号固定为16o需下置的寄存器地
17、址高8位，低8位：表明了需要下置的模拟量寄存器的地址。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Io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：ll1600J01J0001CRC高CRC低附Modbus通讯协议基本概念1 Modbus协议概述Modbus协议是主从站通讯协议，用异步串行口完成通讯，物理层采用RS485或RS232。传输速率可以
18、达到115kbps,理论上可接（寻址）一台主站和至多247台从站，受线路和设备的限制，实际从站数量可能受影响。Modbus协议的某些特性是固定的，如帧格式、帧顺序、通讯错误和异常情况的处理，以及所执行的功能等，都不能随便改动。其他特性属于用户可选的，如传输介质、波特率、字符奇偶校验、停止位的个数等等，传输模式为RTUo用户所选择的参数对于各个站必须一致，在系统运行时不能改变。1.lModbus协议传输模式Modbus的传输模式：RTU方式。1-1RTU传输模式的特性特性RTU编码系统卜六进制每个字符的位数起始位1位数据位8位奇偶校验位。或1位停止位1或2位校验和CRC（循环冗余校验）1.2帧M
19、odbus协议的帧（报文）格式：RTU帧。下表是RTU传输模式的一般格式命令帧。从站地址功能码数据校验和8位8位N*8位16位2、Modbus协议2.1通讯方式Modbus有两种通讯方式：应答方式和广播方式。应答方式是主站向某个从站（地址1247）发出命令，然后等待从站的应答;从站接到主站命令后，执行命令，并将执行结果返回给主站作为应答，然后等待下*40广播方式是主站向所有从站发送命令（从站地址为0）,不需要等待从站应答；从站接到广播命令后，执行命令，也不向主站应答。除了会送诊断校验外，只有05、06、15、16这四项功能（见2.3）对广播方式有效。1.1.1 dbus帧Modbus的帧按应答
20、方式分为命令帧（询问帧）和应答帧。命令帧为一般格式命令帧，应答帧有显长度帧和隐长度帧之分，图21、23、2-4给出了典型的帧格式。从站地功能数据校验和址码数据起始寄存数据起始寄存数据寄存器高数据寄存器器高位器低位位低位图2-1一般彳各式命令帧从站地址功能码I数据长度数据校验和图2-3显长度应答帧从站地址功能码数据校验和图2-4隐长度应答帧2.2.1 从站地址字段帧中的从站地址字段表示接收主站报文的从站地址。当从站地址字段为O时，表示所有从站，此时的报文是广播报文。用户必须设定每台从站的专用地址。只有被编址的设备才能对主机的命令（询问）做出应答。从站发送应答报文时，报文中地址的作用是向主站报告正
21、在通讯的是哪台从站。2.2.2 功能码字段功能码字段同志从站应执行何种功能。表2-1列出了功能码的意义和作用。1.1.2 出了各个功能码对应报文的详细格式和功能。1.1.3 Modbus功能码功能码名称作用（对主站而言）Ol读取开出状态取得一组开关量输出的当前状态02读取开入状态“又得一组开关量输入的当前状态03读取模出状态取得一组模拟量输出的当前状态04读取模入状态取得一组模拟量输入的当前状态05强制单路开出强制设定某个开关量输出的值06强制单路模出强制设定某个模拟量输出的值07读取异常状态取得从站的一些状态（8位）08回送诊断校验把诊断校验报文送从站，以对通讯处理进行评鉴09编程主机模拟编
22、程器的作用，修改从站逻辑10探询定期探询从站是否已完成某长程序任务11读取事件计数取得通讯状态和通讯事件的次数12读取通讯事件记录取得通讯状态、事件次数、报文数量和至多64个事件13编程主机模拟编程器的作用，修改从站逻辑14探询定期探询从站是否已完成某长程序任务15强制多路开出强制设定从站几个开关量输出的值16强制多路模出强制设定从站几个模拟量输出的值17报告从站标识取得从站类型和运行指示灯的状态18编程主机模拟编程器的作用，修改从站逻辑19重置通讯链路使从站复位于已知状态20-72保留留作扩展功能备用73-119非法功能120-127保留留作内部使用128-255保留用作异常应答1.1.4
23、数据长度字段数据长度字段记录的是随后的数据字段的长度，单位为字符（字节）。数据字段的长度总是被规定为RTU模式下数据字符的总数，数据字符的数量总是按RTU模式下的数据字符计算。1.1.5 数据字段数据字段内含有从站执行某项具体功能的信息，或者含有从站应答询问的信息。这些信息可以是数值、地址参数或范围，例如，从哪路开关量或寄存器开始,处理几个开关位或寄存器、开关量或寄存器的值等等。1.1.6 校验和字段校验和字段用于检查通讯报文在通讯线路中是否出错。RTU模式传送时，用CRC-16渗见附录Ao2.3功能码231读取开出状态（功能码01）本功能可使主站获得被编址从站的开关量输出的通断状态。起始地址
24、是指从哪一路开关量开始（编号从0开始），数据线圈数是指读取几路。应答帧中的数据是按上述要求读取的开关量数据（每路一位，每8位组成一个字节，最后一-个字节的不足部分补0）。本功能不支持广播方式。以下例子是读取17号从站开关量输出020-056的状态读出的37位组成5个字节，最后一个字节的高三位补Oo询/RTU帧:从站地址功能码起始地址位起始地址低位数据线圈数高位数据线圈数低位校验和CRCIlHOlHOOH13HOOH25HOEH应答RTU帧:从站地址功能码字节计数数据校验和CRCIlHOlH05HCDH6BHB2HOEHIBH45HE6H2.3.2读取开入状态（功能码02）本功能可使主站获得被编
25、址从站的开关量输入的通断状态。起始地址是指从哪一路开关量开始（编号从0开始），数据线圈数是指读取几路。应答帧中的数据是按上述要求读取的开关量数据（每路一位，每8位组成一个字节，最后一个字节的不足部分补0）。本功能不支持广播方式。以下例子是读取17号从站开关量输入0197-0218的状态，读出的22位组成3个字节，最后一个字节的高2位补Oo询问RTU帧：从站地址功能码起始地址同位起始地址低位数据线圈数高位数据线圈数低位校验和CRCIlH02HOOHC4HOOH16HBAHA9H应答RTU帧:从站地址功能码字节计数数据校验和CRCIlH02H。3HACHDBH35H20H18H2.3.3读取模出状
26、态（功能码03）本功能可使主站获得被编址从站的模拟量输出的通断状态。起始地址是指从哪一路模拟量开始（编号从0开始），寄存器数是指读取几路模拟量（每路模拟量2个字节，高位在前，低位在后）。应答帧中的数据是按上述要求读取的模拟量数据。本功能不支持广播方式。以下例子是读取17号从站模出点0108-0110的状态。应答数据高字节在前。108是555,109是0,110是100o询问RTU帧:从站地址功能码起始地址同位起始地址低位数据线圈数高位数据线圈数低位校验和CRCIlH03HOOH6BHOOH03H76H87H应答RTU帧:从站地址功能码字节计数数据校验和CRCIlHD3H06HD2H2BHOOH
27、OOHOOH64HCBHBAH234读取模入状态（功能码04）本功能可使主站获得被编址从站的模拟量输入值。起始地址是指从哪一路模拟量开始（编号从0开始），寄存器数是指读取几路模拟量（每路模拟量2个字节，高位在前，低位在后）。应答帧中的数据是按上述要求读取的模拟量数据。本功能不支持广播方式。以下例子是读取17号节点的模入点0108-0110的状态。应答数据高字节在前。108是555,109是0,110是100o询问RTU帧：从站地址功能码起始地址高位起始地址低位数据线圈数高位数据线圈数低位校验和CRCIlH04HOOH6BHOOH03HC3H47H应答RTU帧:从站地址功能码字节计数数据校验和C
28、RCHH)6H02H2BHOOHOOHOOH64H5C89H2.3.5强制单路开出（功能码05）本功能可使主站强行设定被编址从站某路开关量输出的通断状态。从站内部的任何一路开关量均能被强制。起始地址是指设定开关量的哪一路（编号从0开始），数据用于设定开或关：FF为开，0为关，其他值为非法值。正常应答是将报文原文发回。从站地址为0时，为广播方式。以下例子是强制7号从站于F出点173为ON。询问RTU帧：从站地址功能码起始地址高位起始地址低位数据线圈数高位数据线圈数低位校验和CRCIlH05HOOHACHFFHOOH4EH8BH应答RTU帧:从站地址功能码起始地址高位起始地址低位数据开关原状态校验
29、和CRCIlH)5HWHACHFFHOOH4EH8BH2.3.6强制单路模出（功能码06）本功能可使主站强行设定被编址从站某路模拟量输出的值。从站内部的任何一路模拟量均能被强制。起始地址是指设定哪一路模拟量（编号从0开始），数据用于设定该模拟量的值（高位在前，低位在后）。正常应答是将报文原文发回。从站地址为0时，为广播方式。以下例子是强制7号从站模出点136为039EH,询问RTU帧:从站地址功能码起始地址高位起始地址低位数据线圈数高位数据线圈数低位校验和CRCHH06HOOH87H03H9EHBAH2BH应答RTU帧:从站地址功能码起始地址高位起始地址低位数据高位数据低位校验和CRCIlH0
30、6HOOH87H)3HJEHBAH2BH2.3.7强制多路开出（功能码15）本功能可使主站强行设定被编址从站一组连续开关量输出的通断状态。从站内部的任何开出量均能被强制。起始地址是从哪一路开关量开始（编号从O开始），寄存器数是指设定几路。字节计数是指随后的线圈状态（开关量设定值）的字节数。线圈状态是设定的开出值，每一路开出占用一位（1为开，O为关）,每八位组成一个字节，最后一个字节的不足部分补Oo正常应答内容是回送从站地址、功能码、起始地址和强置的开关量数。从站地址为0时，为广播模式。以下例子是强置17号从站开关量输出0020-0029的状态，设定值CD（11001101）和Oo（OoOooO
31、Oo）表示开关量输出的第27、26、23、22和20将被强置为开状态。询问RTU帧:从站地址功能码起始地址高位起始地址低位寄存器数高位寄存器数低位字节计数数据校验和CRCIlHOFHOOH13HOOHOAH02HCDHOOH7EHCBH应答RTU帧:从站地址功能码起始地址高位起始地址低位寄存错数高位寄存器数低位校验和CRCIlHOFHOOH13HOOHOAH26H99H238强制多路模出（功能码16）本功能可使主站强行设定被编址从站一组连续模拟量输出的值。从站内部的任何模出量均能被强制。起始地址是从哪一路模拟量开始（编号从0开始），寄存器数是指设定几路。字节计数是指随后的数据（模拟量设定值）的
32、字节数。数据是设定的模出值，每一路模出两个字节（高位在前，低位在后）。正常应答内容是回送从站地址、功能码、起始地址和强置的模拟量数。从站地址为0时，为广播模式。以下例子是强置17号从站模拟量输出0136-0137的状态，设定值0136（1）装入一个16位寄存器，所有数位均为Io（2）装16位寄存器的低位字节与开始8位字节进行“异或”运算。运算结果放入这个16位寄存器。（3）把这个16位寄存器向右移1位。（4）若向右（标记位）移出的数位是1,则生成多项式IoloOooooOooOOol和这个寄存器进行异或运算。若向右移出的数位是0,则返回（3）o（5）重复（3）和（4）,直到移出8位。（6）另外8位与该16位寄存器进行“异或”运算。（7）重复（3）-（6）,直至该报文所有字节均与16位寄存器进行“异或”运算，并移位8次。（8）这个16位寄存器的内容即是2字节CRC校验值。
