1.ModBus介紹

ModBus網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)工業(yè)通信系統(tǒng)，由帶智能終端的可編程序控制器和計(jì)算機(jī)通過(guò)公用線路或局部專用線路連接而成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既包括硬件、亦包括軟件。它可應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和過(guò)程監(jiān)控。

ModBus網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)主機(jī)，所有通信都由他發(fā)出。網(wǎng)絡(luò)可支持247個(gè)之多的遠(yuǎn)程從屬控制器，但實(shí)際所支持的從機(jī)數(shù)要由所用通信設(shè)備決定。采用這個(gè)系統(tǒng)，各PC可以和中心主機(jī)交換信息而不影響各PC執(zhí)行本身的控制任務(wù)。

2. ModBus有個(gè)很重要的概念就是主從的概念，像生產(chǎn)線經(jīng)常有一個(gè)主機(jī)控制多臺(tái)設(shè)備，就是用ModBus協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3. 我引申總結(jié)數(shù)據(jù)通信兩種方式:

推，主動(dòng)推送，設(shè)備設(shè)主動(dòng)推送數(shù)據(jù)

拉，請(qǐng)求-返回響應(yīng)，主控端主動(dòng)發(fā)出請(qǐng)求，設(shè)備終端響應(yīng)返回?cái)?shù)據(jù)。ModBus就是屬于這種。

4. Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP等，并沒(méi)有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認(rèn)識(shí)和使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。標(biāo)準(zhǔn)的Modicon控制器使用RS232C實(shí)現(xiàn)串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和就答的方式，數(shù)據(jù)通訊采用Maser/Slave方式，Master端發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求消息，Slave端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到Master端以響應(yīng)請(qǐng)求；Master端也可以直接發(fā)消息修改Slave端的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫。

Modbus協(xié)議需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，串行協(xié)議中除有奇偶校驗(yàn)外，ASCII模式采用LRC校驗(yàn)，RTU模式采用16位CRC校驗(yàn)，但TCP模式?jīng)]有額外規(guī)定校驗(yàn)，因?yàn)門CP協(xié)議是一個(gè)面向連接的可靠協(xié)議。另外，Modbus采用主從方式定時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，在實(shí)際使用中如果某Slave站點(diǎn)斷開后（如故障或關(guān)機(jī)），Master端可以診斷出來(lái)，而當(dāng)故障修復(fù)后，網(wǎng)絡(luò)又可自動(dòng)接通。因此，Modbus協(xié)議的可靠性較好。

對(duì)于Modbus的ASCII、RTU和TCP協(xié)議來(lái)說(shuō)，其中TCP和RTU協(xié)議非常類似，我們只要把RTU協(xié)議的兩個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)碼去掉，然后在RTU協(xié)議的開始加上5個(gè)0和一個(gè)6并通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送出去即可。

5. 通訊傳送方式

     

通訊傳送分為獨(dú)立的信息頭，和發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)。以下的通訊傳送方式定義也與ModBusRTU通訊規(guī)約相兼容：

初始結(jié)構(gòu) = ≥4字節(jié)的時(shí)間

地址碼 = 1 字節(jié)

功能碼 = 1 字節(jié)

數(shù)據(jù)區(qū) = N 字節(jié)

錯(cuò)誤校檢 = 16位CRC碼

結(jié)束結(jié)構(gòu) = ≥4字節(jié)的時(shí)間

地址碼：地址碼為通訊傳送的第一個(gè)字節(jié)。這個(gè)字節(jié)表明由用戶設(shè)定地址碼的從機(jī)將接收由主機(jī)發(fā)送來(lái)的信息。并且每個(gè)從機(jī)都有具有唯一的地址碼，并且響應(yīng)回送均以各自的地址碼開始。主機(jī)發(fā)送的地址碼表明將發(fā)送到的從機(jī)地址，而從機(jī)發(fā)送的地址碼表明回送的從機(jī)地址。

功能碼：通訊傳送的第二個(gè)字節(jié)。ModBus通訊規(guī)約定義功能號(hào)為1到127。本儀表只利用其中的一部分功能碼。作為主機(jī)請(qǐng)求發(fā)送，通過(guò)功能碼告訴從機(jī)執(zhí)行什么動(dòng)作。作為從機(jī)響應(yīng)，從機(jī)發(fā)送的功能碼與從主機(jī)發(fā)送來(lái)的功能碼一樣，并表明從機(jī)已響應(yīng)主機(jī)進(jìn)行操作。如果從機(jī)發(fā)送的功能碼的最高位為１(比如功能碼大與此同時(shí)127)，則表明從機(jī)沒(méi)有響應(yīng)操作或發(fā)送出錯(cuò)。

數(shù)據(jù)區(qū)：數(shù)據(jù)區(qū)是根據(jù)不同的功能碼而不同。數(shù)據(jù)區(qū)可以是實(shí)際數(shù)值、設(shè)置點(diǎn)、主機(jī)發(fā)送給從機(jī)或從機(jī)發(fā)送給主機(jī)的地址。

CRC碼：二字節(jié)的錯(cuò)誤檢測(cè)碼。

6. 通訊規(guī)約：
   

當(dāng)通訊命令發(fā)送至儀器時(shí)，符合相應(yīng)地址碼的設(shè)備接通訊命令，并除去地址碼，讀取信息，如果沒(méi)有出錯(cuò)，則執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)；然后把執(zhí)行結(jié)果返送給發(fā)送者。返送的信息中包括地址碼、執(zhí)行動(dòng)作的功能碼、執(zhí)行動(dòng)作后結(jié)果的數(shù)據(jù)以及錯(cuò)誤校驗(yàn)碼。如果出錯(cuò)就不發(fā)送任何信息。

1．信息幀結(jié)構(gòu)

地址碼 功能碼 數(shù)據(jù)區(qū) 錯(cuò)誤校驗(yàn)碼

8位 8位 N × 8位 16位

地址碼：地址碼是信息幀的第一字節(jié)(8位)，從0到255。這個(gè)字節(jié)表明由用戶設(shè)置地址的從機(jī)將接收由主機(jī)發(fā)送來(lái)的信息。每個(gè)從機(jī)都必須有唯一的地址碼，并且只有符合地址碼的從機(jī)才能響應(yīng)回送。當(dāng)從機(jī)回送信息時(shí)，相當(dāng)?shù)牡刂反a表明該信息來(lái)自于何處。

功能碼：主機(jī)發(fā)送的功能碼告訴從機(jī)執(zhí)行什么任務(wù)。表1-1列出的功能碼都有具體的含義及操作。

數(shù)據(jù)區(qū)：數(shù)據(jù)區(qū)包含需要從機(jī)執(zhí)行什么動(dòng)作或由從機(jī)采集的返送信息。這些信息可以是數(shù)值、參考地址等等。例如，功能碼告訴從機(jī)讀取寄存器的值，則數(shù)據(jù)區(qū)必需包含要讀取寄存器的起始地址及讀取長(zhǎng)度。對(duì)于不同的從機(jī)，地址和數(shù)據(jù)信息都不相同。

錯(cuò)誤校驗(yàn)碼：主機(jī)或從機(jī)可用校驗(yàn)碼進(jìn)行判別接收信息是否出錯(cuò)。有時(shí)，由于電子噪聲或其它一些干擾，信息在傳輸過(guò)程中會(huì)發(fā)生細(xì)微的變化，錯(cuò)誤校驗(yàn)碼保證了主機(jī)或從機(jī)對(duì)在傳送過(guò)程中出錯(cuò)的信息不起作用。這樣增加了系統(tǒng)的安全和效率。錯(cuò)誤校驗(yàn)采用CRC-16校驗(yàn)方法。

注：信息幀的格式都基本相同：地址碼、功能碼、數(shù)據(jù)區(qū)和錯(cuò)誤校驗(yàn)碼。

2．錯(cuò)誤校驗(yàn)

冗余循環(huán)碼（CRC）包含2個(gè)字節(jié)，即16位二進(jìn)制。CRC碼由發(fā)送設(shè)備計(jì)算，放置于發(fā)送信息的尾部。接收信息的設(shè)備再重新計(jì)算接收到信息的 CRC碼，比較計(jì)算得到的CRC碼是否與接收到的相符，如果兩者不相符，則表明出錯(cuò)。

7. Modbus支持的功能碼

功能碼	名稱	作用
1	讀取線圈狀態(tài)	取得一組邏輯線圈的當(dāng)前狀態(tài)（ON/OFF)
2	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)
3	讀取保持寄存器	在一個(gè)或多個(gè)保持寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值
4	讀取輸入寄存器	在一個(gè)或多個(gè)輸入寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值
5	強(qiáng)置單線圈	強(qiáng)置一個(gè)邏輯線圈的通斷狀態(tài)
6	預(yù)置單寄存器	把具體二進(jìn)值裝入一個(gè)保持寄存器
7	讀取異常狀態(tài)	取得8個(gè)內(nèi)部線圈的通斷狀態(tài)，這8個(gè)線圈的地址由控制器決定
8	回送診斷校驗(yàn)	把診斷校驗(yàn)報(bào)文送從機(jī)，以對(duì)通信處理進(jìn)行評(píng)鑒
9	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
10	控詢（只用于484）	可使主機(jī)與一臺(tái)正在執(zhí)行長(zhǎng)程序任務(wù)從機(jī)通信，探詢?cè)搹臋C(jī)是否已完成其操作任務(wù)，僅在含有功能碼9的報(bào)文發(fā)送后，本功能碼才發(fā)送
11	讀取事件計(jì)數(shù)	可使主機(jī)發(fā)出單詢問(wèn)，并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(cuò)誤時(shí)
12	讀取通信事件記錄	可是主機(jī)檢索每臺(tái)從機(jī)的ModBus事務(wù)處理通信事件記錄。如果某項(xiàng)事務(wù)處理完成，記錄會(huì)給出有關(guān)錯(cuò)誤
13	編程（184/384 484 584）	可使主機(jī)模擬編程器功能修改PC從機(jī)邏輯
14	探詢（184/384 484 584）	可使主機(jī)與正在執(zhí)行任務(wù)的從機(jī)通信，定期控詢?cè)搹臋C(jī)是否已完成其程序操作，僅在含有功能13的報(bào)文發(fā)送后，本功能碼才得發(fā)送
15	強(qiáng)置多線圈	強(qiáng)置一串連續(xù)邏輯線圈的通斷
16	預(yù)置多寄存器	把具體的二進(jìn)制值裝入一串連續(xù)的保持寄存器
17	報(bào)告從機(jī)標(biāo)識(shí)	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)
18	（884和MICRO 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(cuò)誤后，是從機(jī)復(fù)位于已知狀態(tài)，可重置順序字節(jié)
20	讀取通用參數(shù)（584L）	顯示擴(kuò)展存儲(chǔ)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(chǔ)文件，或修改之
22～64	保留作擴(kuò)展功能備用
65～72	保留以備用戶功能所用	留作用戶功能的擴(kuò)展編碼
73～119	非法功能
120～127	保留	留作內(nèi)部作用
128～255	保留	用于異常應(yīng)答

 8. 功能碼命令詳解

在這些功能碼中較長(zhǎng)使用的是1、2、3、4、5、6號(hào)功能碼，使用它們即可實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的數(shù)字量和模擬量的讀寫操作。

1、01號(hào)命令，讀可讀寫數(shù)字量寄存器（線圈狀態(tài)）：

計(jì)算機(jī)發(fā)送命令：[設(shè)備地址] [命令號(hào)01] [起始寄存器地址高8位] [低8位] [讀取的寄存器數(shù)高8位] [低8位] [CRC校驗(yàn)的低8位] [CRC校驗(yàn)的高8位]

 

例：[11][01][00][13][00][25][CRC低][CRC高]

意義如下：

<1>設(shè)備地址：在一個(gè)485總線上可以掛接多個(gè)設(shè)備，此處的設(shè)備地址表示想和哪一個(gè)設(shè)備通訊。例子中為想和17號(hào)(十進(jìn)制的17是十六進(jìn)制的11)通訊。

<2>命令號(hào)01：讀取數(shù)字量的命令號(hào)固定為01。

<3>起始地址高8位、低8位：表示想讀取的開關(guān)量的起始地址(起始地址為0)。比如例子中的起始地址為19。

<4>寄存器數(shù)高8位、低8位：表示從起始地址開始讀多少個(gè)開關(guān)量。例子中為37個(gè)開關(guān)量。

<5>CRC校驗(yàn)：是從開頭一直校驗(yàn)到此之前。

設(shè)備響應(yīng)：[設(shè)備地址] [命令號(hào)01] [返回的字節(jié)個(gè)數(shù)][數(shù)據(jù)1][數(shù)據(jù)2]...[數(shù)據(jù)n] [CRC校驗(yàn)的高8位] [CRC校驗(yàn)的低8位]

 

例：[11][01][05][CD][6B][B2][0E][1B] [CRC高] [CRC低]

意義如下：

<1>設(shè)備地址和命令號(hào)和上面的相同。

<2>返回的字節(jié)個(gè)數(shù)：表示數(shù)據(jù)的字節(jié)個(gè)數(shù)，也就是數(shù)據(jù)1，2...n中的n的值。

<3>數(shù)據(jù)1...n：由于每一個(gè)數(shù)據(jù)是一個(gè)8位的數(shù)，所以每一個(gè)數(shù)據(jù)表示8個(gè)開關(guān)量的值，每一位為0表示對(duì)應(yīng)的開關(guān)斷開，為1表示閉合。比如例子中，表示20號(hào)(索引號(hào)為19)開關(guān)閉合，21號(hào)斷開，22閉合，23閉合，24斷開，25斷開，26閉合，27閉合...如果詢問(wèn)的開關(guān)量不是8的整倍數(shù)，那么最后一個(gè)字節(jié)的高位部分無(wú)意義，置為0。

<4>CRC校驗(yàn)同上。

2、05號(hào)命令，寫數(shù)字量（線圈狀態(tài)）：

計(jì)算機(jī)發(fā)送命令：[設(shè)備地址] [命令號(hào)05] [需下置的寄存器地址高8位] [低8位] [下置的數(shù)據(jù)高8位] [低8位] [CRC校驗(yàn)的低8位] [CRC校驗(yàn)的高8位]

 

例：[11][05][00][AC][FF][00][CRC高][CRC低]

意義如下：

<1>設(shè)備地址和上面的相同。

<2>命令號(hào):寫數(shù)字量的命令號(hào)固定為05。

<3>需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的開關(guān)的地址。

<4>下置的數(shù)據(jù)高8位，低8位：表明需要下置的開關(guān)量的狀態(tài)。例子中為把該開關(guān)閉合。注意，此處只可以是[FF][00]表示閉合[00][00]表示斷開，其他數(shù)值非法。

<5>注意此命令一條只能下置一個(gè)開關(guān)量的狀態(tài)。

設(shè)備響應(yīng)：如果成功把計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令原樣返回，否則不響應(yīng)。

 

3、03號(hào)命令，讀可讀寫模擬量寄存器（保持寄存器）：

計(jì)算機(jī)發(fā)送命令：[設(shè)備地址] [命令號(hào)03] [起始寄存器地址高8位] [低8位] [讀取的寄存器數(shù)高8位] [低8位] [CRC校驗(yàn)的高8位] [CRC校驗(yàn)的低8位]

 

例：[11][03][00][6B][00][03] [CRC高][CRC低]

意義如下：

<1>設(shè)備地址和上面的相同。

<2>命令號(hào):讀模擬量的命令號(hào)固定為03。

<3>起始地址高8位、低8位：表示想讀取的模擬量的起始地址(起始地址為0)。比如例子中的起始地址為107。

<4>寄存器數(shù)高8位、低8位：表示從起始地址開始讀多少個(gè)模擬量。例子中為3個(gè)模擬量。注意，在返回的信息中一個(gè)模擬量需要返回兩個(gè)字節(jié)。

設(shè)備響應(yīng)：[設(shè)備地址] [命令號(hào)03] [返回的字節(jié)個(gè)數(shù)][數(shù)據(jù)1][數(shù)據(jù)2]...[數(shù)據(jù)n] [CRC校驗(yàn)的高8位] [CRC校驗(yàn)的低8位]

 

例：[11][03][06][02][2B][00][00][00][64] [CRC高] [CRC低]

意義如下：

<1>設(shè)備地址和命令號(hào)和上面的相同。

<2>返回的字節(jié)個(gè)數(shù)：表示數(shù)據(jù)的字節(jié)個(gè)數(shù)，也就是數(shù)據(jù)1，2...n中的n的值。例子中返回了3個(gè)模擬量的數(shù)據(jù)，因?yàn)橐粋�(gè)模擬量需要2個(gè)字節(jié)所以共6個(gè)字節(jié)。

<3>數(shù)據(jù)1...n：其中[數(shù)據(jù)1][數(shù)據(jù)2]分別是第1個(gè)模擬量的高8位和低8位，[數(shù)據(jù)3][數(shù)據(jù)4]是第2個(gè)模擬量的高8位和低8位，以此類推。例子中返回的值分別是555，0，100。

<4>CRC校驗(yàn)同上。

4、06號(hào)命令，寫單個(gè)模擬量寄存器（保持寄存器）：

計(jì)算機(jī)發(fā)送命令：[設(shè)備地址] [命令號(hào)06] [需下置的寄存器地址高8位] [低8位] [下置的數(shù)據(jù)高8位] [低8位] [CRC校驗(yàn)的高8位] [CRC校驗(yàn)的低8位]

 

例：[11][06][00][01][00][03] [CRC高] [CRC低]

意義如下：

<1>設(shè)備地址和上面的相同。

<2>命令號(hào):寫模擬量的命令號(hào)固定為06。

<3>需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的模擬量寄存器的地址。

<4>下置的數(shù)據(jù)高8位，低8位：表明需要下置的模擬量數(shù)據(jù)。比如例子中就把1號(hào)寄存器的值設(shè)為3。

<5>注意此命令一條只能下置一個(gè)模擬量的狀態(tài)。

設(shè)備響應(yīng)：如果成功把計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令原樣返回，否則不響應(yīng)。

5、16號(hào)命令，寫多個(gè)模擬量寄存器（保持寄存器）：

計(jì)算機(jī)發(fā)送命令：[設(shè)備地址] [命令號(hào)16] [需下置的寄存器地址高8位] [低8位] [數(shù)據(jù)數(shù)量高8位] [數(shù)據(jù)數(shù)量低8位] [下置的數(shù)據(jù)高8位] [低8位][……][……] [CRC校驗(yàn)的高8位] [CRC校驗(yàn)的低8位]

例：[11][16][00][01][00][01][00][05] [CRC高] [CRC低]

意義如下：

<1>設(shè)備地址和上面的相同。

<2>命令號(hào):寫模擬量的命令號(hào)固定為16。

<3>需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的模擬量寄存器的地址。

<4>需下置的數(shù)據(jù)數(shù)量高8位，低8位：表明了需要下置的數(shù)據(jù)數(shù)量，這里為1。

<5>下置的數(shù)據(jù)高8位，低8位：表明需要下置的模擬量數(shù)據(jù)。比如例子中就把1號(hào)寄存器的值設(shè)為5。

設(shè)備響應(yīng)：如果成功把計(jì)算機(jī)返回的如下命令，否則不響應(yīng)。

設(shè)備響應(yīng)：[設(shè)備地址] [命令號(hào)16] [需下置的寄存器地址高8位] [低8位] [數(shù)據(jù)數(shù)量高8位] [數(shù)據(jù)數(shù)量低8位] [CRC校驗(yàn)的高8位] [CRC校驗(yàn)的低8位]，如上例返回：

[11][16][00][01][00][01] [CRC高] [CRC低]

 其它經(jīng)常看到的就線圈，寄存器概念名詞，就是指的功能碼

Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)模型和地址模型