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)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成應(yīng)答并使用Mo

2、dbus協(xié)議發(fā)送給詢問(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Slave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，ASC

3、II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(mén)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(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(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)

4、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(kāi)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

5、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

6、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

7、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)。（三）、Modbus支持的功能碼：功能碼

8、 名稱 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)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（只用于484） 可使

9、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

10、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(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 2264 保留作擴(kuò)展功能備用 6572 保留以備用戶功能所用 留作用戶功能的擴(kuò)展編碼 73119 非法功能 120127 保留 留作內(nèi)部作用

11、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：110100130025CRC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)0

12、1：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(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。<4>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。<5>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)的高8位 CRC校驗(yàn)的低8位 例：110105CD6BB20E1B 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.

13、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(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。<4>CRC校驗(yàn)同上。 2、05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CR

14、C低 意義如下：<1>設(shè)備地址和上面的相同。<2>命令號(hào):寫(xiě)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(kāi)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(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。<5>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

15、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：1103006B0003 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(kāi)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：1103060

16、22B00000064 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(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

17、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：<1>設(shè)備地址和上面的相同。<2>命令號(hào):寫(xiě)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(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：<1>設(shè)備地址和上面的相同。<2>命令號(hào):寫(xiě)模