ModBusRTU通訊協(xié)議

1、ModBusRTU通訊協(xié)議Modbus 協(xié)議最初由 Modicon 公司開(kāi)發(fā)出來(lái)，在 1979 年末該公司成為施耐德自動(dòng)化 （Schneider Automation） 部門(mén)的一部分，現(xiàn)在 Modbus 已經(jīng)是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議。 此協(xié)議支持傳統(tǒng)的 RS-232、RS-422、RS-485 和以太網(wǎng)設(shè)備。 許多工業(yè)設(shè)備， 包括 PLC，DCS， 智能儀表等都在使用 Modbus 協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制 設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)， Modbus 協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按 地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)

2、。如果需要回應(yīng)，控制器將生成應(yīng)答并使用 Modbus 協(xié)議發(fā)送給詢(xún)問(wèn)方。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 Sla

3、ve 端的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫(xiě)。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)?TCP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(kāi)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(lèi)似， 我們只要 把 RTU 協(xié)議的兩個(gè)字

4、節(jié)的校驗(yàn)碼去掉，然后在RTU 協(xié)議的開(kāi)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。（一）、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(hù)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(kāi)始。 主機(jī)發(fā)送的地址碼表明將發(fā)送到

5、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 （ 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。（二）、通訊規(guī)約：當(dāng)通訊命令發(fā)送

6、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(hù)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。 含義及操作。功能碼：主機(jī)發(fā)送的功能碼告訴從

7、機(jī)執(zhí)行什么任務(wù)。表1-1 列出的功能碼都有具體的數(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

8、。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)。三）、 Modbus 支持的功能碼：功能碼名稱(chēng)作用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(kāi)關(guān)輸入的當(dāng)前狀態(tài)（ ON/OFF）03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04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05強(qiáng)置單線圈強(qiáng)置一個(gè)邏輯線圈的通斷狀態(tài)06預(yù)置單寄存器把具體二進(jìn)

9、值裝入一個(gè)保持寄存器07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08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09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(xún)（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(xún) 該從機(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(xún)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(

10、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(xún)( 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(xún)?cè)搹?機(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(lèi)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

11、件中的數(shù)據(jù)信息21寫(xiě)入通用參數(shù)（ 584L）把通用參數(shù)寫(xiě)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(hù)功能所用留作用戶(hù)功能的擴(kuò)展編碼73 119非法功能120127保留留作內(nèi)部作用128255保留用于異常應(yīng)答（三）、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(xiě)操作。1、01 號(hào)命令，讀可讀寫(xiě)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：

12、110100130025CRC低CRC 高意義如下：設(shè)備地址：在一個(gè) 485 總線上可以?huà)旖佣鄠€(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。命令號(hào) 01：讀取數(shù)字量的命令號(hào)固定為 01。起始地址高 8 位、低 8 位：表示想讀取的開(kāi)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。寄存器數(shù)高 8 位、低 8 位：表示從起始地址開(kāi)始讀多少個(gè)開(kāi)關(guān)量。 例子中為 37 個(gè)開(kāi) 關(guān)量。CRC校驗(yàn)：是從開(kāi)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

13、高 8位 CRC 校驗(yàn)的低 8 位例： 110105CD6BB20E1B CRC高 CRC 低意義如下：設(shè)備地址和命令號(hào)和上面的相同。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。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(kāi)關(guān)量的 值，每一位為 0 表示對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，為 1 表示閉合。比如例子中，表示 20 號(hào) （索引號(hào)為 19）開(kāi)關(guān)閉合， 21號(hào)斷開(kāi)， 22閉合， 23閉合， 24斷開(kāi)， 25斷開(kāi)， 26閉合， 27閉合. 如果 詢(xún)問(wèn)的開(kāi)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。CRC校驗(yàn)同上。2、05

14、 號(hào)命令， 寫(xiě)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： 110500ACFF00CRC高CRC 低意義如下：設(shè)備地址和上面的相同。命令號(hào) : 寫(xiě)數(shù)字量的命令號(hào)固定為 05。需下置的寄存器地址高 8 位，低 8 位：表明了需要下置的開(kāi)關(guān)的地址。下置的數(shù)據(jù)高 8 位，低 8 位：表明需要下置的開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。例子中為把該開(kāi)關(guān)閉 合。注意，此處只可以是 FF00 表示閉合 0000 表示斷開(kāi)，其他數(shù)值非法。注意此命令一條只能下置一個(gè)開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。 設(shè)備響應(yīng)：如

15、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(xiě)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 位高 CRC 低例： 1103006B0003 CRC意義如下：設(shè)備地址和上面的相同。命令號(hào) : 讀模擬量的命令號(hào)固定為 03。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。寄存器數(shù)高 8 位、低 8 位：表示從起始地址開(kāi)始讀多少個(gè)模擬量。例子中為 3 個(gè)模 擬

16、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： 110306022B00000064 CRC高 CRC 低意義如下：設(shè)備地址和命令號(hào)和上面的相同。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)。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

17、類(lèi)推。例子中返回的值分別是555，0，100。CRC校驗(yàn)同上。4、06 號(hào)命令，寫(xiě)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： 110600010003 CRC高 CRC 低意義如下：設(shè)備地址和上面的相同。命令號(hào) : 寫(xiě)模擬量的命令號(hào)固定為 06。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。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。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(xiě)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： 1116000100010005 CRC高 CRC 低意義如下：設(shè)備地址和上面的相同。命令號(hào) : 寫(xiě)模擬量的命令