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【實(shí)用篇】ModbusTCP協(xié)議詳解

作者:admin 時(shí)間:2024-01-13 22:01:02 點(diǎn)擊:


概述

Modbus由MODICON公司于1979年開(kāi)發(fā),是一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。1996年施耐德公司推出基于以太網(wǎng)TCP/IP的Modbus協(xié)議:ModbusTCP。Modbus協(xié)議是一項(xiàng)應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議,包括ASCII、RTU、TCP三種報(bào)文類型。標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議物理層接口有RS232、RS422、RS485和以太網(wǎng)接口,采用master/slave方式通信。
(視頻:先來(lái)了解什么是Modbus通訊?)



A
Modbus TCP數(shù)據(jù)幀

ModbusTCP的數(shù)據(jù)幀可分為兩部分:MBAP+PDU。
(一)報(bào)文頭MBAP:MBAP為報(bào)文頭,長(zhǎng)度為7字節(jié),組成如下:

(二)幀結(jié)構(gòu)PDU:PDU由功能碼+數(shù)據(jù)組成。功能碼為1字節(jié),數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不定,由具體功能決定。

(1)功能碼:Modbus的操作對(duì)象有四種:線圈、離散輸入、保持寄存器、輸入寄存器。

(2)根據(jù)對(duì)象的不同,Modbus的功能碼有:

(3)說(shuō)明更詳細(xì)的表:


B
PDU詳細(xì)結(jié)構(gòu)

(1)0x01:讀線圈:在從站中讀1~2000個(gè)連續(xù)線圈狀態(tài),ON=1,OFF=0

  • 請(qǐng)求:MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 數(shù)量H 數(shù)量L(共12字節(jié))
  • 響應(yīng):MBAP 功能碼 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)(一個(gè)地址的數(shù)據(jù)為1位)
  • 如:在從站0x01中,讀取開(kāi)始地址為0x0002的線圈數(shù)據(jù),讀0x0008位
    00 01 00 00 00 06 01 01 00 02 00 08
  • 回:數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0x01個(gè)字節(jié),數(shù)據(jù)為0x01,第一個(gè)線圈為ON,其余為OFF
    00 01 00 00 00 04 01 01 01 01
(2)0x05:寫(xiě)單個(gè)線圈:將從站中的一個(gè)輸出寫(xiě)成ON或OFF,0xFF00請(qǐng)求輸出為ON,0x000請(qǐng)求輸出為OFF。
  • 請(qǐng)求:MBAP 功能碼 輸出地址H 輸出地址L 輸出值H 輸出值L(共12字節(jié))
  • 響應(yīng):MBAP 功能碼 輸出地址H 輸出地址L 輸出值H 輸出值L(共12字節(jié))
  • 如:將地址為0x0003的線圈設(shè)為ON
    00 01 00 00 00 06 01 05 00 03 FF 00
  • 回:寫(xiě)入成功
    00 01 00 00 00 06 01 05 00 03 FF 00
(3)0x0F:寫(xiě)多個(gè)線圈:將一個(gè)從站中的一個(gè)線圈序列的每個(gè)線圈都強(qiáng)制為ON或OFF,數(shù)據(jù)域中置1的位請(qǐng)求相應(yīng)輸出位ON,置0的位請(qǐng)求響應(yīng)輸出為OFF。
  • 請(qǐng)求:MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 輸出數(shù)量H 輸出數(shù)量L 字節(jié)長(zhǎng)度 輸出值H 輸出值L
  • 響應(yīng):MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 輸出數(shù)量H 輸出數(shù)量L
(4)0x02:讀離散量輸入:從一個(gè)從站中讀1~2000個(gè)連續(xù)的離散量輸入狀態(tài)。
  • 請(qǐng)求:MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 數(shù)量H 數(shù)量L(共12字節(jié))
  • 響應(yīng):MBAP 功能碼 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)(長(zhǎng)度:9+ceil(數(shù)量/8))
  • 如:從地址0x0000開(kāi)始讀0x0012個(gè)離散量輸入
    00 01 00 00 00 06 01 02 00 00 00 12
  • 回:數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0x03個(gè)字節(jié),數(shù)據(jù)為0x01 04 00,表示第一個(gè)離散量輸入和第11個(gè)離散量輸入為ON,其余為OFF
    00 01 00 00 00 06 01 02 03 01 04 00
(5)0x04:讀輸入寄存器:從一個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備中讀1~2000個(gè)連續(xù)輸入寄存器。
  • 請(qǐng)求:MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 寄存器數(shù)量H 寄存器數(shù)量L(共12字節(jié))
  • 響應(yīng):MBAP 功能碼 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 寄存器數(shù)據(jù)(長(zhǎng)度:9+寄存器數(shù)量×2)
  • 如:讀起始地址為0x0002,數(shù)量為0x0005的寄存器數(shù)據(jù)
    00 01 00 00 00 06 01 04 00 02 00 05
  • 回:數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0x0A,第一個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)為0x0c,其余為0x00
    00 01 00 00 00 0D 01 04 0A 00 0C 00 00 00 00 00 00 00 00
(6)0x03:讀保持寄存器:從遠(yuǎn)程設(shè)備中讀保持寄存器連續(xù)塊的內(nèi)容。
  • 請(qǐng)求:MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 寄存器數(shù)量H 寄存器數(shù)量L(共12字節(jié))
  • 響應(yīng):MBAP 功能碼 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 寄存器數(shù)據(jù)(長(zhǎng)度:9+寄存器數(shù)量×2)
  • 如:起始地址是0x0000,寄存器數(shù)量是 0x0003
    00 01 00 00 00 06 01 03 00 00 00 03
  • 回:數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0x06,第一個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)為0x21,其余為0x00
    00 01 00 00 00 09 01 03 06 00 21 00 00 00 00
(7)0x06:寫(xiě)單個(gè)保持寄存器:在一個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備中寫(xiě)一個(gè)保持寄存器。
  • 請(qǐng)求:MBAP 功能碼 寄存器地址H 寄存器地址L 寄存器值H 寄存器值L(共12字節(jié))
  • 響應(yīng):MBAP 功能碼 寄存器地址H 寄存器地址L 寄存器值H 寄存器值L(共12字節(jié))
  • 如:向地址是0x0000的寄存器寫(xiě)入數(shù)據(jù)0x000A
    00 01 00 00 00 06 01 06 00 00 00 0A
  • 回:寫(xiě)入成功
    00 01 00 00 00 06 01 06 00 00 00 0A
(8)0x10:寫(xiě)多個(gè)保持寄存器:在一個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備中寫(xiě)連續(xù)寄存器塊(1~123個(gè)寄存器)。
  • 請(qǐng)求:MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 寄存器數(shù)量H 寄存器數(shù)量L 字節(jié)長(zhǎng)度 寄存器值(13+寄存器數(shù)量×2)
  • 響應(yīng):MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 寄存器數(shù)量H 寄存器數(shù)量L(共12字節(jié))
  • 如:向起始地址為0x0000,數(shù)量為0x0001的寄存器寫(xiě)入數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0x02,數(shù)據(jù)為0x000F
    00 01 00 00 00 09 01 10 00 00 00 01 02 00 0F
  • 回:寫(xiě)入成功
    00 01 00 00 00 06 01 10 00 00 00 01

C
Modbus TCP示例報(bào)文

ModBusTcp與串行鏈路Modbus的數(shù)據(jù)域是一致的,具體數(shù)據(jù)域可以參考串行Modbus。這里給出幾個(gè)ModbusTcp的鏈路解析說(shuō)明,輔助新人分析報(bào)文。

image.png


image.png




D
Modbus TCP通信

(一)通信方式

Modbus設(shè)備可分為主站(poll)和從站(slave)。主站只有一個(gè),從站有多個(gè),主站向各從站發(fā)送請(qǐng)求幀,從站給予響應(yīng)。在使用TCP通信時(shí),主站為client端,主動(dòng)建立連接;從站為server端,等待連接。
  • 主站請(qǐng)求:功能碼+數(shù)據(jù)
  • 從站正常響應(yīng):請(qǐng)求功能碼+響應(yīng)數(shù)據(jù)
  • 從站異常響應(yīng):異常功能碼+異常碼,其中異常功能碼即將請(qǐng)求功能碼的最高有效位置1,異常碼指示差錯(cuò)類型
  • 需要超時(shí)管理機(jī)制,避免無(wú)期限的等待可能不出現(xiàn)的應(yīng)答
  • IANA(Internet Assigned Numbers Authority,互聯(lián)網(wǎng)編號(hào)分配管理機(jī)構(gòu))給Modbus協(xié)議賦予TCP端口號(hào)為502,這是目前在儀表與自動(dòng)化行業(yè)中唯一分配到的端口號(hào)。
(二)通信過(guò)程
  • connect 建立TCP連接
  • 準(zhǔn)備Modbus報(bào)文
  • 使用send命令發(fā)送報(bào)文
  • 在同一連接下等待應(yīng)答
  • 使用recv命令讀取報(bào)文,完成一次數(shù)據(jù)交換
  • 通信任務(wù)結(jié)束時(shí),關(guān)閉TCP連接
E
仿真軟件
  • Modbus poll 和Modbus slave是一組Modbus仿真軟件,可以實(shí)現(xiàn)Modbus RTU、TCP、串口仿真等。

  • 仿真軟件下載關(guān)注公眾號(hào)回復(fù):Modbuspoll

  • 仿真軟件下載關(guān)注公眾號(hào)回復(fù):Modbusslave

  • undefined

  • 在ModbusTCP中,Modbus poll 作為客戶端請(qǐng)求數(shù)據(jù),Modbus slave 作為服務(wù)器端處理請(qǐng)求。

  • 使用c語(yǔ)言編寫(xiě)客戶端連接Modbus slave時(shí),注意數(shù)據(jù)格式,一條指令一次性發(fā)出,否則連接會(huì)出錯(cuò)。

  • 使用軟件時(shí),需要指定功能碼,在setup->slave definition或者poll definition中進(jìn)行設(shè)置。
    – slave ID:從站編號(hào)(事務(wù)標(biāo)識(shí)符)
    – function:功能碼,0x01對(duì)應(yīng)線圈操作,0x02對(duì)應(yīng)離散量操作,0x03對(duì)應(yīng)保持寄存器操作,0x04對(duì)應(yīng)輸入寄存器操作
    – address:開(kāi)始地址
    – quantity:寄存器/線圈/離散量 的數(shù)量

  • 免責(zé)聲明:本文轉(zhuǎn)自網(wǎng)絡(luò),版權(quán)歸原作者所有,如涉及作品版權(quán)問(wèn)題,請(qǐng)及時(shí)與我們聯(lián)系刪除,謝謝!


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