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Modbus通讯协议详细介绍 Modbus协议Modbus协议最初由Modicon公司开发出来,在1979年末该公司成为施耐德自动化SchneiderAutomation部门的一部分,现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议此协议支持传统的RS-
232、RS-
422、RS-485和以太网设备许多工业设备,包括PLC,DCS,智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准有了它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控当在网络上通信时,Modbus协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动如果需要回应,控制器将生成应答并使用Modbus协议发送给询问方Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等,并没有规定物理层此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的ModbusModbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式,数据通讯采用Maser/Slave方式,Master端发出数据请求消息,Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求;Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据,实现双向读写Modbus协议需要对数据进行校验,串行协议中除有奇偶校验外,ASCII模式采用LRC校验,RTU模式采用16位CRC校验,但TCP模式没有额外规定校验,因为TCP协议是一个面向连接的可靠协议另外,Modbus采用主从方式定时收发数据,在实际使用中如果某Slave站点断开后(如故障或关机),Master端可以诊断出来,而当故障修复后,网络又可自动接通因此,Modbus协议的可靠性较好下面我来简单的给大家介绍一下,对于Modbus的ASCII、RTU和TCP协议来说,其中TCP和RTU协议非常类似,我们只要把RTU协议的两个字节的校验码去掉,然后在RTU协议的开始加上5个0和一个6并通过TCP/IP网络协议发送出去即可所以在这里我仅介绍一下Modbus的ASCII和RTU协议下表是ASCII协议和RTU协议进行的比较协议开始标记结束标记校验传输效率程序处理ASCII:(冒号)CRLFLRC低直观,简单,易调试RTU无无CRC高不直观,稍复杂通过比较可以看到,ASCII协议和RTU协议相比拥有开始和结束标记,因此在进行程序处理时能更加方便,而且由于传输的都是可见的ASCII字符,所以进行调试时就更加的直观,另外它的LRC校验也比较容易但是因为它传输的都是可见的ASCII字符,RTU传输的数据每一个字节ASCII都要用两个字节来传输,比如RTU传输一个十六进制数0xF9ASCII就需要传输’F’’9’的ASCII码0x39和0x46两个字节,这样它的传输的效率就比较低所以一般来说,如果所需要传输的数据量较小可以考虑使用ASCII协议,如果所需传输的数据量比较大,最好能使用RTU协议下面对两种协议的校验进行一下介绍
1、LRC校验LRC域是一个包含一个8位二进制值的字节LRC值由传输设备来计算并放到消息帧中,接收设备在接收消息的过程中计算LRC,并将它和接收到消息中LRC域中的值比较,如果两值不等,说明有错误LRC校验比较简单,它在ASCII协议中使用,检测了消息域中除开始的冒号及结束的回车换行号外的内容它仅仅是把每一个需要传输的数据按字节叠加后取反加1即可下面是它的VC代码BYTEGetCheckCodeconstchar*pSendBufintnEnd//获得校验码{BYTEbyLrc=0;charpBuf
[4];intnData=0;fori=1;iend;i+=2 //i初始为1,避开“开始标记”冒号 {//每两个需要发送的ASCII码转化为一个十六进制数 pBuf
[0]=pSendBuf[i]; pBuf
[1]=pSendBuf[i+1]; pBuf
[2]=\0; ssCANfpBuf%xnData; byLrc+=nData; } byLrc=~byLrc; byLrc++;returnbyLrc;}
2、CRC校验CRC域是两个字节,包含一16位的二进制值它由传输设备计算后加入到消息中接收设备重新计算收到消息的CRC,并与接收到的CRC域中的值比较,如果两值不同,则有误CRC是先调入一值是全“1”的16位寄存器,然后调用一过程将消息中连续的8位字节各当前寄存器中的值进行处理仅每个字符中的8Bit数据对CRC有效,起始位和停止位以及奇偶校验位均无效CRC产生过程中,每个8位字符都单独和寄存器内容相或(OR),结果向最低有效位方向移动,最高有效位以0填充LSB被提取出来检测,如果LSB为1,寄存器单独和预置的值或一下,如果LSB为0,则不进行整个过程要重复8次在最后一位(第8位)完成后,下一个8位字节又单独和寄存器的当前值相或最终寄存器中的值,是消息中所有的字节都执行之后的CRC值CRC添加到消息中时,低字节先加入,然后高字节下面是它的VC代码WORDGetCheckCodeconstchar*pSendBufintnEnd//获得校验码{WORDwCrc=WORD0xFFFF; forinti=0;inEnd;i++ { wCrc^=WORDBYTEpSendBuf[i]; forintj=0;j8;j++ { ifwCrc1 { wCrc=1; wCrc^=0xA001; } else{ wCrc=1; } } } returnwCrc;}对于一条RTU协议的命令可以简单的通过以下的步骤转化为ASCII协议的命令
1、 把命令的CRC校验去掉,并且计算出LRC校验取代
2、 把生成的命令串的每一个字节转化成对应的两个字节的ASCII码,比如0x03转化成0x300x33(0的ASCII码和3的ASCII码)
3、 在命令的开头加上起始标记“:”,它的ASCII码为0x3A
4、 在命令的尾部加上结束标记CRLF(0xD0xA),此处的CRLF表示回车和换行的ASCII码所以以下我们仅介绍RTU协议即可,对应的ASCII协议可以使用以上的步骤来生成下表是Modbus支持的功能码功能码名称作用01读取线圈状态取得一组逻辑线圈的当前状态(ON/OFF02读取输入状态取得一组开关输入的当前状态(ON/OFF03读取保持寄存器在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值04读取输入寄存器在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制值05强置单线圈强置一个逻辑线圈的通断状态06预置单寄存器把具体二进值装入一个保持寄存器07读取异常状态取得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08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09编程(只用于484)使主机模拟编程器作用,修改PC从机逻辑10控询(只用于484)可使主机与一台正在执行长程序任务从机通信,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11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12读取通信事件记录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13编程(184/384484584)可使主机模拟编程器功能修改PC从机逻辑14探询(184/384484584)可使主机与正在执行任务的从机通信,定期控询该从机是否已完成其程序操作,仅在含有功能13的报文发送后,本功能码才得发送15强置多线圈强置一串连续逻辑线圈的通断16预置多寄存器把具体的二进制值装入一串连续的保持寄存器17报告从机标识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18(884和MICRO84)可使主机模拟编程功能,修改PC状态逻辑19重置通信链路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20读取通用参数(584L)显示扩展存储器文件中的数据信息21写入通用参数(584L)把通用参数写入扩展存储文件,或修改之22~64保留作扩展功能备用 65~72保留以备用户功能所用留作用户功能的扩展编码73~119非法功能 120~127保留留作内部作用128~255保留用于异常应答在这些功能码中较长使用的是
1、
2、
3、
4、
5、6号功能码,使用它们即可实现对下位机的数字量和模拟量的读写操作
1、读可读写数字量寄存器(线圈状态)计算机发送命令[设备地址][命令号01][起始寄存器地址高8位][低8位][读取的寄存器数高8位][低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]例
[11]
[01]
[00]
[13]
[00]
[25][CRC低][CRC高]意义如下1设备地址在一个485总线上可以挂接多个设备,此处的设备地址表示想和哪一个设备通讯例子中为想和17号十进制的17是十六进制的11通讯2命令号01读取数字量的命令号固定为013起始地址高8位、低8位表示想读取的开关量的起始地址起始地址为0比如例子中的起始地址为194寄存器数高8位、低8位表示从起始地址开始读多少个开关量例子中为37个开关量5CRC校验是从开头一直校验到此之前在此协议的最后再作介绍此处需要注意,CRC校验在命令中的高低字节的顺序和其他的相反设备响应[设备地址][命令号01][返回的字节个数][数据1][数据2]...[数据n][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]例
[11]
[01]
[05][CD][6B][B2][0E][1B][CRC低][CRC高]意义如下1设备地址和命令号和上面的相同2返回的字节个数表示数据的字节个数,也就是数据1,
2...n中的n的值3数据
1...n由于每一个数据是一个8位的数,所以每一个数据表示8个开关量的值,每一位为0表示对应的开关断开,为1表示闭合比如例子中,表示20号索引号为19开关闭合,21号断开,22闭合,23闭合,24断开,25断开,26闭合,27闭合...如果询问的开关量不是8的整倍数,那么最后一个字节的高位部分无意义,置为04CRC校验同上
2、读只可读数字量寄存器(输入状态)和读取线圈状态类似,只是第二个字节的命令号不再是1而是
23、写数字量(线圈状态)计算机发送命令[设备地址][命令号05][需下置的寄存器地址高8位][低8位][下置的数据高8位][低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]例
[11]
[05]
[00][AC][FF]
[00][CRC低][CRC高]意义如下1设备地址和上面的相同2命令号:写数字量的命令号固定为053需下置的寄存器地址高8位,低8位表明了需要下置的开关的地址4下置的数据高8位,低8位表明需要下置的开关量的状态例子中为把该开关闭合注意,此处只可以是[FF]
[00]表示闭合
[00]
[00]表示断开,其他数值非法5注意此命令一条只能下置一个开关量的状态设备响应如果成功把计算机发送的命令原样返回,否则不响应
4、读可读写模拟量寄存器(保持寄存器)计算机发送命令[设备地址][命令号03][起始寄存器地址高8位][低8位][读取的寄存器数高8位][低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]例
[11]
[03]
[00][6B]
[00]
[03][CRC低][CRC高]意义如下1设备地址和上面的相同2命令号:读模拟量的命令号固定为033起始地址高8位、低8位表示想读取的模拟量的起始地址起始地址为0比如例子中的起始地址为1074寄存器数高8位、低8位表示从起始地址开始读多少个模拟量例子中为3个模拟量注意,在返回的信息中一个模拟量需要返回两个字节设备响应[设备地址][命令号03][返回的字节个数][数据1][数据2]...[数据n][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]例
[11]
[03]
[06]
[02][2B]
[00]
[00]
[00]
[64][CRC低][CRC高]意义如下1设备地址和命令号和上面的相同2返回的字节个数表示数据的字节个数,也就是数据1,
2...n中的n的值例子中返回了3个模拟量的数据,因为一个模拟量需要2个字节所以共6个字节3数据
1...n其中[数据1][数据2]分别是第1个模拟量的高8位和低8位,[数据3][数据4]是第2个模拟量的高8位和低8位,以此类推例子中返回的值分别是555,0,1004CRC校验同上
5、读只可读模拟量寄存器(输入寄存器)和读取保存寄存器类似,只是第二个字节的命令号不再是2而是
46、写单个模拟量寄存器(保持寄存器)计算机发送命令[设备地址][命令号06][需下置的寄存器地址高8位][低8位][下置的数据高8位][低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]例
[11]
[06]
[00]
[01]
[00]
[03][CRC低][CRC高]意义如下1设备地址和上面的相同2命令号:写模拟量的命令号固定为063需下置的寄存器地址高8位,低8位表明了需要下置的模拟量寄存器的地址4下置的数据高8位,低8位表明需要下置的模拟量数据比如例子中就把1号寄存器的值设为35注意此命令一条只能下置一个模拟量的状态设备响应如果成功把计算机发送的命令原样返回,否则不响应。