MODBUS-通信协议1纠错模板

1、MODBUS 通信协议MODBUS 通信协议概述11 MODBUS 通信协议概述MODBUS 通信协议是由美国 Modicon 公司研发和提出的，目前已经成为国际通用标 准。MODBUS 通信协议工作在 ISO/OSI 模型的数据链路层，其工作条件是物理层通信接口 已经建立并且工作正常。MODBUS 通信协议主要包括如下内容： MODBUS 通信接口 MODBUS 通信接口符合 RS232C/RS485 以及兼容的串行接口， 该接口定义了针脚、 电缆、信号位、波特率、 奇偶校验。 各种智能设备能够直接利用 MODBUS 接口规约进行组网。 MODBUS 通信符合主从的通信模式通信只能由主站主动

2、发起并传送给从站。若主站发出的是广播命令，则从站不给予任 何回应；若主站发出的是行动命令，则从站必须给予回应。从站的回应中包括描述命令执 行域信息、数据表以及错误检验域信息；若从站不能执行该命令，则从站将建立错误消息 并作为回应发送回去。自主站发至从站的信息报文称为命令或下行通信帧， 而自从站发至主站的信息报文则称 为响应或上行通信帧。MODBUS 通信的两种数据传输方式： ASCII 和RTU 模式当数据代码采用 ASCII 数据传输 方式时被称为 MODBUS-ASCII 。当数据代码采用 RTU （远程终端单元）数据传输方 式时被称为 MODBUS-RTU 。在以RTU 数据传输方式下，

3、 1 个8Bits 的字节由 2 个4Bits 的 16 进制字符构成。 十进制 /16 进制 /二进制数代码表如下： MODBUS-RTU 在发送 1 个字 节时其中的位分布如下：数值（十进制代码）十六进制代码 （ H 表示十六进制数）二进制代码 （B 表示二进制数）000H0000B101H0001B202H0010B303H0011B404H0100B505H0101B606H0110B707H0111B808H1000B909H1001B100AH1010B110BH1011B120CH1100B130DH1101B140EH1110B150FH1111B 1 位起始位 8 位数据位

4、1 位奇偶校验位，若选择无校验则无本位 1 位停止位，若无奇偶校验则为 2 位停止位（多数情况下仍然采用 1 位停 止位）在MODBUS-RTU 模式下， 错误校验码采用 CRC16 模式。若无特别说明， 在本文中所描述的通信协议均为 MODBUS-RTU 。MODBUS-RTU 的消息帧结构 MODBUS-RTU 的消息帧结构如下：地址：指从站的 ID 地址当主站向某从站发送消息时将该从站的地址放入消 息帧的地址域中； 当从站发送回应消息时， 将自己的地址放入消息帧的地址域中 以便主站知道哪个从站作了回应。地址 0 为广播命令。当 MODBUS 网络为更复 杂的网络时，广播命令可能会取消或以

5、其它形式取代。从站地址的范围为 1-247 （十进制），但为了与 RS232C/RS485 接口配合一般选择为 1-32 。功能域：指主站发布的功能命令虽然 Modicon 公司发布了多条 MODBUS 功能命令，但常用的命令只有 9 条，列表如下：起始位地址域功能域或命令代码 域数据域CRC 校验 域停止位T1-T2-T3-T48Bit8BitN 个 8Bit16 BitT1-T2-T3-T4命令代码（十六进制）定义说明01H读继电器输出状态02H读开关量 DI 输入状态03H读寄存器组04H读输入模拟量寄存器组05H单路继电器输出06H写单个寄存器07H读异常状态0FH写多个寄存器10H写

6、寄存器组若从站对主站发布的命令有异议， 则从站将功能域的最高位置 1 作为回应消 息的功能域。例如若主站发布的命令代码是 03H 即二进制 00000011B ，则从站 回应的异议功能代码是 83H 即二进制 10000011B 。 数据域：数据区数据域的集合是由若干组 2 位16 进制数构成的，其中包括寄存器地址、要处理项的数目和域中实际数据字节数。对应于 03H，数据域的结构是：寄存器地址高字节 + 寄存器地址低字节 +寄存器数量高字节 +寄存器数量低字节对应于 10H，数据 域的结构是：寄存器地址高字节 +寄存器地址低字节 +寄存器数量高字节 +寄 存器数量低字节 +字节数量+第1 寄存

7、器数值 +第 2 寄存器数值 +第N 寄存器数值 寄存器地址的编码：寄存器地址范围十进制功能主站信息帧中的地址十进制十六进制0XXXX 基址数字量输出区0000-9999)0000-270FH1XXXX 基址数字量输入区10000-199992710-4E1FH2XXXX 基址预留区20000-299994E20-752FH3XXXX 基址输入寄存器区30000-399997530-9C3FH4XXXX 基址保持寄存器区40000-499999C40-C34FH5XXXX 基址预留区50000-65535C350-FFFFH注意当主站需要读从站中某寄存器数据， 则从站返回的消息帧中数据所在真实

8、寄 存器地址为返回地址减 1。例如在下图中：主站报文中填写的寄存器地址为 8656 ，且 48656 寄存器中 的真实数据为 0010H 。若采用03H 命令读取从 8656 开始的连续 4 个寄存器中的 数据，由图中可见返回的数据 0010H 出现在48657 寄存器中。数据域的长度没有限制，但信息帧总长度不得超过 256 个字节。 CRC 校验域： CRC16 校验CRC 校验通过对信息帧的 地址+功能域 +数据域实施以CRC16 为除数的 不借位除法操作，得到的商作为 CRC 校验码随同 地址 +功能域 +数据域 构成完 整信息帧发送给对方，对方在接到报文后再次进行 CRC16 不借位操

9、作，若 2 套 CRC 校验码相同则确认报文正确，否则将要求对方重新发报文。例如：若 MODBUS 从站的地址为 01H，功能域为 03H 读寄存器命令，保持 寄存器的首地址为 48656 即21D0H ，被读寄存器的数量为 4 即0004H ，则 CRC 校验码如下：完整的信息帧为：010321D000044FCC寄存器的地址为： 48656 ，实际十进制地址为： 8656 ，换算为十六进制地 址为： 21D0H 。12MODBUS 网络概述MODBUS 支持 RS485 规约，但网络结构必须为链形拓扑。在上 图中 ，AC31 系 列PLC 通过3 套 RS485 接 口与 多套 M102-

10、M 以 MODBUS 网络结构组网。注意在上图中每个 RS485 接口接入 21 套M102-M 。在上图中，AC500 与 AC31 同样采用 RS485/MODBUS 进行组网，AC500 的 1 套通信接口最大组网能力为 31 套AC31 系列 PLC 。MODBUS 网络的通信速率与通信双方的距离有关。 通信速率与距离的关系见 下表，注 意该表的数值仅供参考：速率，单位： bps参考距离，单位：米240012004800120096001200192001200336001000384001000576008007500080076800800115200600若MODBUS 网络的通

11、信速率确定后，则发送信息帧所需时间可以计算出 来。计算方法如下：以通信速率为 9600bps 为例。若按MODBUS-RTU 发送1 个字节为10 个位 来计算则需时 1.04 毫秒；若按 MODBUS-RTU 发送1 个字节为 11 个位来计算 则需时 1.15 毫秒。按前例的信息帧（ 010321D000044FCC ）来计算总共需要发送 8 个字节，则 发送时间为1 毫秒（ 1 个字节为 10 位）或 9. 17 毫秒（ 1 个字节为 11 位）。考虑到传输 延迟，故上述传输时间可按 10 毫秒来计算。2 主要命令的信息帧行规以下行规摘自 Modicon Modbus Protocol

12、ReferenceGuide 1）01/01H 命令01 命令主站信息帧结构如下：“从站地址 ”+“功能码=01H”+“起始地址高字节 ”+“起始地址低字节 ”+“线 圈数量高字节 ”+“线圈数量低字节 ”+“CRC1校6 验码低字节 ”+“CRC1校6 验码高字节 01 命令从站信息帧结构如下：“从站地址”+“功能码=01H”+“字节数量”+“状态字（线圈27-20） ”+“状态字 （线圈35-28） ”+“状态字（线圈43-36） ”+“状态字（线圈51-44） ”+ “状态字（线圈 58-52） ”+“CRC16校 验码低字节 ”+“CRC1校6 验码高字节 ”请注意线圈的排列次序：在数

13、据区中线圈组对应的字节按从小到大排列，而 在某个字节中的线圈按从大到小排列。 2） 02/02H 命令02 命令主站信息帧结构如下： “从站地址 ”+“功能码=02H”+“起始地址高字节 ”+“起始地址低字节 ”+“点 数量高字节 ”+“点数量低字节 ”+“CRC16校验码低字节 ”+“CRC16校验码高字节 ” 02 命令从站信息帧结构如下：“从站地址”+“功能码=02H”+“字节数量 ”+“状态字(inputs10204-10197) ”+“状态字 (inputs 10212-10205) ”+“状态字(inputs10218-10213) ”+“CRC16 校验码低字节 ”+“CRC16

14、 校验码高字节 ”3)03/03H 命令 03 命令主站信息帧结构如下：“从站地址 ”+“功能码=03H”+“寄存器地址高字节 ”+“寄存器地址低字 节”+“寄存器数量高字节 ”+“寄存器数量低字节 ”+“CRC1校6 验码低字节 ”+“CRC1校6 验码高字节 ”03 命令从站信息帧结构如下：“从站地址 ”+“功能码 =03H”+“状态字高字节 (Register Address40108) ”+“状态字低字节 (Register Address40108) ”+“状态字高字节 (Register Address40109) ”+“状态字低字节 (Register Address40109)

15、 ”+“状态字 高字节 (Register Address40110) ”+“状态字低字节 (RegisterAddress40110) ”+“CRC16 校验码低字节 ”+“CRC16校验码高字节 ”4)05/05H 命令 05 命令主站信息帧结构如下：“从站地址 ”+“功能码=05H”+“线圈地址高字节 ”+“线圈地址低字节 ”+“线 圈状态字高字节 ”+“线圈状态字低字节 ”+“CRC16校验码低字节 ”+“CRC16校验码高 字节”05 命令从站信息帧结构如下：“从站地址 ”+“功能码=05H”+“线圈地址高字节 ”+“线圈地址低字节 ”+“线 圈状态字高字节 ”+“线圈状态字低字节

16、”+“CRC16校验码低字节 ”+“CRC16校验码高 字节 ”5)06/06H 命令06 命令主站信息帧结构如下：“从站地址 ”+“功能码=06H”+“寄存器地址高字节 ”+“寄存器地址低字 节”+“数据状态字高字节 ”+“数据状态字低字节 ”+“CRC1校6 验码低字节 ”+“CRC1校6 验码高字节 ”06 命令从站信息帧结构如下：“从站地址 ”+“功能码=06H”+“寄存器地址高字节 ”+“寄存器地址低字 节”+“数据状态字高字节 ”+“数据状态字低字节 ”+“CRC1校6 验码低字节 ”+“CRC1校6 验码高字节 ”6)15/0FH 命令0F 命令的主站信息帧结构如下：“从站地址

17、”+“命令码=0FH”+“线圈地址高字节 ”+“线圈地址低字节 ”+“线 圈数量高字节 ”+“线圈数量低字节 ”+“字节数量 ”+“线圈状态高字节 ( 继电器 =RL8-RL1)”+“线圈状态低字节 ( 继电器 =RL16-RL9)”+“CRC16校 验码低字 节”+“CRC16校验码高字节 ”0F 命令的返回信息帧结构如下：“从站地址 ”+“命令码=0FH”+“线圈地址高字节 ”+“线圈地址低字节 ”+“线圈 数量高字节 ”+“线圈数量低字节 ”+“CRC1校6 验码低字节 ”+“CRC1校6 验码高字节 ” 7)16/10H 命令10 命令主站信息帧结构如下：“从站地址 ”+“命令码=10H”+“寄存器起始地址高字节 ”+“寄