Modbus通訊協(xié)議

1、 Modbus通訊協(xié)議簡化 V1.0 2004-5-211 Modbus協(xié)議概述 Modbus協(xié)議是主從站通訊協(xié)議，用異步串行口完成通訊，物理層采用RS485或RS232。傳輸速率可以達到115kbps，理論上可接（尋址）一臺主站和至多247臺從站。受線路和設備的限制，最多可接一臺主站和32臺從站。Modbus協(xié)議的某些特性是固定的，如幀格式、幀順序、通訊錯誤和異常情況的處理，以及所執(zhí)行的功能等，都不能隨便改動。其他特性屬于用戶可選的，如傳輸介質、波特率、字符奇偶校驗、停止位的個數(shù)等等，傳輸模式為RTU。用戶所選擇的參數(shù)對于各個站必須一致，在系統(tǒng)運行時不能改變。1.1 Modbus協(xié)議傳輸模式

2、 Modbus的傳輸模式：RTU方式。 表1-1 RTU傳輸模式的特性 特性RTU編碼系統(tǒng)十六進制每個字符的位數(shù)起始位1位數(shù)據(jù)位8位奇偶校驗位0或1位停止位1或2位校驗和CRC（循環(huán)冗余校驗）1.2 幀Modbus協(xié)議的幀（報文）格式：RTU幀。下表是RTU傳輸模式的一般格式命令幀。從站地址功能碼數(shù)據(jù)校驗和8位8位N*8位16位2 Modbus協(xié)議2.1 通訊方式Modbus有兩種通訊方式：應答方式和廣播方式。應答方式是主站向某個從站（地址1247）發(fā)出命令，然后等待從站的應答；從站接到主站命令后，執(zhí)行命令，并將執(zhí)行結果返回給主站作為應答，然后等待下一個命令。廣播方式是主站向所有從站發(fā)送命令（

3、從站地址為0），不需要等待從站應答；從站接到廣播命令后，執(zhí)行命令，也不向主站應答。除了會送診斷校驗外，只有05、06、15、16這四項功能（見2.3）對廣播方式有效。2.2 Modbus幀Modbus的幀按應答方式分為命令幀（詢問幀）和應答幀。命令幀為一般格式命令幀，應答幀有顯長度幀和隱長度幀之分，圖2-1、2-3、2-4給出了典型的幀格式。從站地址功能碼數(shù)據(jù)校驗和數(shù)據(jù)起始寄存器高位數(shù)據(jù)起始寄存器地位數(shù)據(jù)寄存器高位數(shù)據(jù)寄存器地位圖2-1 一般格式命令幀從站地址功能碼數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)校驗和圖2-3 顯長度應答幀從站地址功能碼數(shù)據(jù)校驗和圖2-4 隱長度應答幀2.2.1 從站地址字段幀中的從站地址字段表

4、示接收主站報文的從站地址。當從站地址字段為0時，表示所有從站，此時的報文是廣播報文。用戶必須設定每臺從站的專用地址。只有被編址的設備才能對主機的命令（詢問）做出應答。從站發(fā)送應答報文時，報文中地址的作用是向主站報告正在通訊的是哪臺從站。2.2.2 功能碼字段 功能碼字段同志從站應執(zhí)行何種功能。表2-1列出了功能碼的意義和作用。2.3節(jié)給出了各個功能碼對應報文的詳細格式和功能。 表2-1 Modbus功能碼功能碼名稱作用（對主站而言）01讀取開出狀態(tài)取得一組開關量輸出的當前狀態(tài)02讀取開入狀態(tài)取得一組開關量輸入的當前狀態(tài)03讀取模出狀態(tài)取得一組模擬量輸出的當前狀態(tài)04讀取模入狀態(tài)取得一組模擬量輸

5、入的當前狀態(tài)05強制單路開出強制設定某個開關量輸出的值06強制單路模出強制設定某個模擬量輸出的值07讀取異常狀態(tài)取得從站的一些狀態(tài)（8位）08回送診斷校驗把診斷校驗報文送從站，以對通訊處理進行評鑒09編程主機模擬編程器的作用，修改從站邏輯10探詢定期探詢從站是否已完成某長程序任務11讀取事件計數(shù)取得通訊狀態(tài)和通訊事件的次數(shù)12讀取通訊事件記錄取得通訊狀態(tài)、事件次數(shù)、報文數(shù)量和至多64個事件13編程主機模擬編程器的作用，修改從站邏輯14探詢定期探詢從站是否已完成某長程序任務15強制多路開出強制設定從站幾個開關量輸出的值16強制多路模出強制設定從站幾個模擬量輸出的值17報告從站標識取得從站類型和運

6、行指示燈的狀態(tài)18編程主機模擬編程器的作用，修改從站邏輯19重置通訊鏈路使從站復位于已知狀態(tài)20-72保留留作擴展功能備用73-119非法功能120-127保留留作內部使用128-255保留用作異常應答2.2.2 數(shù)據(jù)長度字段數(shù)據(jù)長度字段記錄的是隨后的數(shù)據(jù)字段的長度，單位為字符（字節(jié)）。數(shù)據(jù)字段的長度總是被規(guī)定為RTU模式下數(shù)據(jù)字符的總數(shù)，數(shù)據(jù)字符的數(shù)量總是按RTU模式下的數(shù)據(jù)字符計算。2.2.4 數(shù)據(jù)字段數(shù)據(jù)字段內含有從站執(zhí)行某項具體功能的信息，或者含有從站應答詢問的信息。這些信息可以是數(shù)值、地址參數(shù)或范圍，例如，從哪路開關量或寄存器開始，處理幾個開關位或寄存器、開關量或寄存器的值等等。2.

7、2.5 校驗和字段校驗和字段用于檢查通訊報文在通訊線路中是否出錯。RTU模式傳送時，用CRC-16,參見附錄A。2.3功能碼2.3.1讀取開出狀態(tài)（功能碼01）本功能可使主站獲得被編址從站的開關量輸出的通斷狀態(tài)。起始地址是指從哪一路開關量開始（編號從0開始），數(shù)據(jù)線圈數(shù)是指讀取幾路。應答幀中的數(shù)據(jù)是按上述要求讀取的開關量數(shù)據(jù)（每路一位，每8位組成一個字節(jié)，最后一個字節(jié)的不足部分補0）。本功能不支持廣播方式。以下例子是讀取17號從站開關量輸出020-056的狀態(tài)，讀出的37位組成5個字節(jié)，最后一個字節(jié)的高三位補0。詢問RTU幀：從站地址功能碼起始地址高位起始地址低位數(shù)據(jù)線圈數(shù)高位數(shù)據(jù)線圈數(shù)低位校

8、驗和CRC11H01H00H13H00H25H0EH 84H應答RTU幀：從站地址功能碼字節(jié)計數(shù)數(shù)據(jù)校驗和CRC11H01H05HCDH 6BH B2H 0EH 1BH45H E6H2.2.3 讀取開入狀態(tài)（功能碼02）本功能可使主站獲得被編址從站的開關量輸入的通斷狀態(tài)。起始地址是指從哪一路開關量開始（編號從0開始），數(shù)據(jù)線圈數(shù)是指讀取幾路。應答幀中的數(shù)據(jù)是按上述要求讀取的開關量數(shù)據(jù)（每路一位，每8位組成一個字節(jié)，最后一個字節(jié)的不足部分補0）。本功能不支持廣播方式。以下例子是讀取17號從站開關量輸入0197-0218的狀態(tài)，讀出的22位組成3個字節(jié)，最后一個字節(jié)的高2位補0。詢問RTU幀：從站

9、地址功能碼起始地址高位起始地址低位數(shù)據(jù)線圈數(shù)高位數(shù)據(jù)線圈數(shù)低位校驗和CRC11H02H00HC4H00H16HBAH A9H應答RTU幀：從站地址功能碼字節(jié)計數(shù)數(shù)據(jù)校驗和CRC11H02H03HACH DBH 35H20H 18H2.2.4 讀取模出狀態(tài)（功能碼03）本功能可使主站獲得被編址從站的模擬量輸出的通斷狀態(tài)。起始地址是指從哪一路模擬量開始（編號從0開始），寄存器數(shù)是指讀取幾路模擬量（每路模擬量2個字節(jié)，高位在前，低位在后）。應答幀中的數(shù)據(jù)是按上述要求讀取的模擬量數(shù)據(jù)。本功能不支持廣播方式。以下例子是讀取17號從站模出點0108-0110的狀態(tài)。應答數(shù)據(jù)高字節(jié)在前。108是555，10

10、9是0，110是100。詢問RTU幀：從站地址功能碼起始地址高位起始地址低位寄存器數(shù)高位寄存器數(shù)低位校驗和CRC11H03H00H6BH00H03H76H 87H應答RTU幀：從站地址功能碼字節(jié)計數(shù)數(shù)據(jù)校驗和CRC11H03H06H02H 2BH 00H 00H 00H 64HCBH BAH2.2.5 讀取模入狀態(tài)（功能碼04）本功能可使主站獲得被編址從站的模擬量輸入值。起始地址是指從哪一路模擬量開始（編號從0開始），寄存器數(shù)是指讀取幾路模擬量（每路模擬量2個字節(jié)，高位在前，低位在后）。應答幀中的數(shù)據(jù)是按上述要求讀取的模擬量數(shù)據(jù)。本功能不支持廣播方式。以下例子是讀取17號節(jié)點的模入點0108-

11、0110的狀態(tài)。應答數(shù)據(jù)高字節(jié)在前。108是555，109是0，110是100。詢問RTU幀：從站地址功能碼起始地址高位起始地址低位寄存器數(shù)高位寄存器數(shù)低位校驗和CRC11H04H00H6BH00H03HC3H 47H應答RTU幀：從站地址功能碼字節(jié)計數(shù)數(shù)據(jù)校驗和CRC11H04H06H02H 2BH 00H 00H 00H 64H5C 89H2.2.6 強制單路開出（功能碼05）本功能可使主站強行設定被編址從站某路開關量輸出的通斷狀態(tài)。從站內部的任何一路開關量均能被強制。起始地址是指設定開關量的哪一路（編號從0開始），數(shù)據(jù)用于設定開或關：FF為開，0為關，其他值為非法值。正常應答是將報文原文

12、發(fā)回。從站地址為0時，為廣播方式。以下例子是強制17號從站開出點173為ON。詢問RTU幀：從站地址功能碼起始地址高位起始地址低位數(shù)據(jù)開關原狀態(tài)校驗和CRC11H05H00HACHFFH00H4EH 8BH應答RTU幀：從站地址功能碼起始地址高位起始地址低位數(shù)據(jù)開關原狀態(tài)校驗和CRC11H05H00HACHFFH00H4EH 8BH2.2.7 強制單路模出（功能碼06）本功能可使主站強行設定被編址從站某路模擬量輸出的值。從站內部的任何一路模擬量均能被強制。起始地址是指設定哪一路模擬量（編號從0開始），數(shù)據(jù)用于設定該模擬量的值（高位在前，低位在后）。正常應答是將報文原文發(fā)回。從站地址為0時，為廣

13、播方式。以下例子是強制17號從站模出點136為039EH。詢問RTU幀：從站地址功能碼起始地址高位起始地址低位數(shù)據(jù)高位數(shù)據(jù)低位校驗和CRC11H06H00H87H03H9EHBAH 2BH應答RTU幀：從站地址功能碼起始地址高位起始地址低位數(shù)據(jù)高位數(shù)據(jù)低位校驗和CRC11H06H00H87H03H9EHBAH 2BH2.2.8 強制多路開出（功能碼15）本功能可使主站強行設定被編址從站一組連續(xù)開關量輸出的通斷狀態(tài)。從站內部的任何開出量均能被強制。起始地址是從哪一路開關量開始（編號從0開始），寄存器數(shù)是指設定幾路。字節(jié)計數(shù)是指隨后的線圈狀態(tài)（開關量設定值）的字節(jié)數(shù)。線圈狀態(tài)是設定的開出值，每一路

14、開出占用一位（1為開，0為關），每八位組成一個字節(jié)，最后一個字節(jié)的不足部分補0。正常應答內容是回送從站地址、功能碼、起始地址和強置的開關量數(shù)。從站地址為0時，為廣播模式。以下例子是強置17號從站開關量輸出0020-0029的狀態(tài)，設定值CD（11001101）和00（00000000）表示開關量輸出的第27、26、23、22和20將被強置為開狀態(tài)。詢問RTU幀：從站地址功能碼起始地址高位起始地址低位寄存器數(shù)高位寄存器數(shù)低位字節(jié)計數(shù)數(shù)據(jù)校驗和CRC11H0FH00H13H00H 0AH 02H CDH 00H7EH CBH應答RTU幀：從站地址功能碼起始地址高位起始地址低位寄存器數(shù)高位寄存器數(shù)低

15、位校驗和CRC11H0FH 00H13H00H0AH26H 99H2.2.9 強制多路模出（功能碼16）本功能可使主站強行設定被編址從站一組連續(xù)模擬量輸出的值。從站內部的任何模出量均能被強制。起始地址是從哪一路模擬量開始（編號從0開始），寄存器數(shù)是指設定幾路。字節(jié)計數(shù)是指隨后的數(shù)據(jù)（模擬量設定值）的字節(jié)數(shù)。數(shù)據(jù)是設定的模出值，每一路模出兩個字節(jié)（高位在前，低位在后）。正常應答內容是回送從站地址、功能碼、起始地址和強置的模擬量數(shù)。從站地址為0時，為廣播模式。以下例子是強置17號從站模擬量輸出0136-0137的狀態(tài)，設定值0136為000A，設定0137為0102。詢問RTU幀：從站地址功能碼起

16、始地址高位起始地址低位寄存器數(shù)高位寄存器數(shù)低位字節(jié)計數(shù)數(shù)據(jù)校驗和CRC11H10H00H87H00H 02H04H 00H 0AH 01H 02H4EH BAH應答RTU幀：從站地址功能碼起始地址高位起始地址低位寄存器數(shù)高位寄存器數(shù)低位校驗和CRC11H10H 00H87H00H02HF3H 71H附錄A 循環(huán)冗余校驗 （CRC）碼算法生成CRC-16校驗字節(jié)的步驟如下：1 裝入一個16位寄存器，所有數(shù)位均為1。2 裝16位寄存器的低位字節(jié)與開始8位字節(jié)進行“異或”運算。運算結果放入這個16位寄存器。3 把這個16位寄存器向右移1位。4 若向右（標記位）移出的數(shù)位是1，則生成多項式101000

17、0000000001和這個寄存器進行異或運算。若向右移出的數(shù)位是0，則返回（3）。5 重復（3）和（4），直到移出8位。6 另外8位與該16位寄存器進行“異或”運算。7 重復（3）-（6），直至該報文所有字節(jié)均與16位寄存器進行“異或”運算，并移位8次。8 這個16位寄存器的內容即是2字節(jié)CRC校驗值。附錄B數(shù)據(jù)通道表不同的數(shù)據(jù)通道表應由數(shù)據(jù)傳送方提供，表格式如下表（數(shù)據(jù)名稱、數(shù)據(jù)地址、取值范圍應根據(jù)實際而定）序號數(shù)據(jù)名稱數(shù)據(jù)類型功能碼數(shù)據(jù)地址傳輸方向縮放倍數(shù)取值范圍1模擬量116位二進制,有符號整數(shù)0x0340001主站 子站12000-21002模擬量20x0340002主站 子站0.51

18、-1003模擬量30x0340003主站 子站0.50-504模擬量40x0340004主站 子站10-235模擬量50x0340005主站 子站0.010-99996模擬量60x0340006主站 子站0.010-9997模擬量70x0340007主站 子站0.1200-2108模擬量80x0340008主站 子站11-12序號數(shù)據(jù)名稱功能碼數(shù)據(jù)地址傳輸方向取值范圍1開關量10X0210001主站 子站0/12開關量20X0210002主站 子站0/13開關量30X0210003主站 子站0/14開關量40X0210004主站 子站0/15開關量50X0210005主站 子站0/16開關量10x0210001主站 子站12000-21002模擬量20x1040102主站 子站0.51-1003模擬量30x1040103主站 子站0.50-504模擬量40x1040104主站 子站10-235模擬量50x1040105主