Modbus通讯协议.docx

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Modbus通讯协议

Modbus通讯协议

Modbus协议

Modbus协议最初山Modicon公司开发出来，在1979年末该公司成为施耐徳自

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实现审行的ModbusoModbus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

Modbus协议需要对数据进行校验，审行协议中除有奇偶校验外，ASCH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，网络乂可自动接通。

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RM协议非常类似，我们只要把RTI：

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）CR,LFLRC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，而且山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传输的数据侮一个字节ASCII都要用两个字节来传输，比如RTU

传输一个十六进制数0xF9,ASCII就需要传输'F''9’的ASCH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RTI：

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值山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:

BYTE

GetCheckCode（constchar*pSendBuf,intnEnd）//获得校验码

intnData=0：

for（i=l：

i

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]='\（r;

sscanf（pBuf,&nData）;

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。

接收设备巫新计算收到消息的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r”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位字节乂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:

WORDGetCheckCode（constchar*pSendBuf,intnEnd）//获得校验码｛

WORDwCrc=WORD（OxFFFF）;

for（int1=0：

i

wCrcWORD（BYTE（pSendBufEi]））:

for（intj=0：

j<8：

j++）

if（wCrc&1）

wCrc»=1:

wCrc=OxAOOl:

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dlLRC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0x30,0x33（0的

ASCII码和3的ASCII码）。

3、

在命令的开头加上起始标记“：

”，它的ASCH码为0x3Ao4、在命令的

尾部加上结束标记CR,LF（OxD,OxA）,此处的CR,LF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/OFF）02读取输入状态

取得一组开关输入的当前状态（ON/OFF）03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

取得8个内部线圈的通断状态，这8个线圈的地址山控07读取异常状态制器决定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

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10控询（只用于484）

发送后，本功能码才发送

可使主机发出单询问，并随即判定操作是否成功，尤其11读取事件计•数是该命令或其他应答产生通信错误时

可是主机检索每台从机的ModBus事务处理通信事件记12读取通信事件记录录。

如果某项事务处理完成，记录会给出有关错误

编程（184/38448413可使主机模拟编程器功能修改PC从机逻辑584）

可使主机与正在执行任务的从机通信，定期控询该从机探询（184/384484是

否已完成其程序操作，仅在含有功能13的报文发送14584）后，本功能码才得发

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

可使主机判断编址从机的类型及该从机运行指示灯的状17报告从机标识态

18（884和MICRO84）可使主机模拟编程功能，修改PC状态逻辑

发生非可修改错误后，是从机复位于已知状态，可重置19重置通信链路顺序字节

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

保留以备用户功能所65,72留作用户功能的扩展编码用

73,119非法功能

120,127保留留作内部作用

12&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01。

〈3＞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19。

＜4＞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。

＜5＞CRC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

要注总，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][IB][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・・」中的口的

值。

〈3＞数据1.••n：

山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

部分无惫义，置为0。

＜4＞CRC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2。

3、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03。

〈3＞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107。

＜4＞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・・」中的口的

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个模拟量的髙8位和低8位，以此类推。

例子中返回的值分别是555,0,lOOo

＜4＞CRC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4。

6、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3。

＜5＞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。