MODBUS协议(功能码及报文解析)

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。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 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 T1-T2-T3-T4 设备地 功能代 址 8Bit 码 8Bit 数据 CRC 校验 结束符 T1-T2-T3-T4

n 个 8Bit 16Bit

MODBUS ASCII 报文格式

起始位 1 个字符

设备地 功能代码 址

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 2 字节 一般为 0 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 一般为 0 高字节在 也就是设 1 个字符 n 个字符 前 备地址

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 方式下设备地址 01 只有一个字节， 在 ASCII 方式下转换成字符串 “0 1”(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，访问多少个数据。下表是 MOD BUS 的功能码。ModBus 功能码 功能 码 01 02 03 04 05 06 名称 读取线圈状态 读取输入状态 读取保持寄存器 读取输入寄存器 强置单线圈 预置单寄存器 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 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 09 10 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

07

读取异常状态

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 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 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 信事件记录。如果某项事务处理完成，记录会 给出有关错误

11

12

读取通信事件记录

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 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 强置多线圈 强置一串连续逻辑线圈的通断

14 15

16 17 18 19 20 21

预置多寄存器 报告从机标识

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

(884 和 MICRO 84) 可使主机模拟编程功能，修改 PC 状态逻辑 重置通信链路 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 留作内部作用 用于异常应答 留作用户功能的扩展编码

各个功能码对应的数据类型 代 功能 码 01 02 03 04 05 读 读 读 读 写 位 位 16 位整型 16 位整型 位 数据类型

06 15 16

写 写 写

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 地址 00001~MODBUS 请求 功能码 起始地址 读取数量 MODBUS 响应 功能码 字节计数 线圈状态 N =读取数量/8 错误 响应 功能码 错误代码 举例 请求 域 …… 此处隐藏：6274字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……