工业互联网智能产线控制技术课件下 3.2.1 MODBUS RTU通信协议解析

工业互联网与智能产线控制MODBUSRTU通信协议解析主讲教师：冯广磊#0D7F47#06381F#C2F1C8#FFC30C#FFF2CB湿度、压力、生产设备的运行状态以及能耗情况这些现场数据如何被PLC实时采集和控制的？ModbusRTU定义ModbusRTU是Modbus协议的一种实现方式，是一种主从式串行异步半双工通信协议，通常有一个主站和多个从站组成，其中主站负责发送请求，从站进行响应。通信过程中，主站通过发送指令来读取或写入从站的数据，从站接收并响应主站的请求。Modbus

RTU的传输方式传输方式是一个信息帧内一系列独立的数据结构以及用于传输数据的有限规则。Modbus

RTU协议中的每个字节格式如下。代码系统以字节为单位，每个字节包含8位二进制，消息中的每个字节都可以由两个十六进制字符组成。每个字节的位1个起始位。8个数据位，最小的有效位先发送。1个奇偶校验位，无校验则无。1个停止位（有校验时）或者2个停止位（无校验时）。Modbus

RTU的信息帧格式起始结束数据CRC校验地址功能代码起始结束数据CRC校验地址功能代码≥3.5字符8位8位N×8位16位≥3.5字符MODBUS报文实际在发送数据时，信息帧的起始符和结束符是不发送的，故信息帧的格式又可以用下图表示：起始PDU（功能码+数据）CRCMODBUS-RTU初始化主设备（主站）初始化通信，准备发送请求。从设备（从站）通常处于监听状态，等待接收请求。ModbusRTU通信过程发送请求主设备构造一个请求帧，格式为：设备地址+功能码+数据+CRC校验码。传输数据主设备通过RS-485总线发送构造好的请求帧。监听和接收所有连接到总线的从设备监听总线上的通信。从设备根据请求帧中的设备地址判断该请求是否为自己所接收。地址匹配如果请求帧的设备地址与从设备的地址匹配，从设备将接收请求帧。执行操作从设备根据功能码和数据执行相应的操作，如读取或写入寄存器。构造响应操作完成后，从设备构造一个响应帧，格式为：设备地址+功能码+数据+CRC校验码。ModbusRTU通信过程发送响应从设备将构造好的响应帧发送回总线。接收和校验主设备接收从设备发送的响应帧，并使用CRC校验码进行错误检测。处理响应如果CRC校验通过，主设备处理响应数据；如果校验失败，主设备可以请求重发。错误处理如果从设备无法执行请求的操作，它将发送一个错误响应。通信结束主设备完成数据处理后，可以选择发送下一个请求或结束通信。轮询或广播主设备可以轮询多个从设备，或发送广播请求以让所有从设备执行相同的操作。Modbus

RTU协议通信示例1.0x01功能码：读输出线圈从站地址功能码起始地址线圈数量CRC校验发送报文1字节1字节2字节2字节2字节示例0101000000083DCC从站地址功能码线圈数据长度数据CRC校验返回报文1字节1字节1字节1字节2字节示例010101039048发送：在从站0x01中，读取开始地址为0x0000的线圈数据，读0x0008位。返回：数据长度为0x01个字节，数据为0x03，第一个和第二个线圈为ON，其余为OFF。Modbus

RTU协议通信示例2.0x02功能码：读离散量输入从站地址功能码起始地址离散量输入数量CRC校验发送报文1字节1字节2字节2字节2字节示例01020000000879CC从站地址功能码离散量输入数据长度数据CRC校验返回报文1字节1字节1字节1字节 2字节示例010201038048发送：在从站0x01中，读取开始地址为0x0000的离散量输入数据，读0x0008位。返回：数据长度为0x01个字节，数据为0x03，第一个和第二个离散量输入为ON，其余为OFF。Modbus

RTU协议通信示例3.0x03功能码：读保持寄存器从站地址功能码起始地址寄存器数量CRC校验发送报文1字节1字节2字节2字节2字节示例01030000000305CB从站地址功能码数据长度数据CRC校验返回报文1字节1字节1字节6字节2字节示例0103010045FD7800DE8048发送：在从站0x01中，读取开始地址为0x0000的保持寄存器，读0x0003个。返回：数据长度为0x06个字节，第一个为0045，第二个为FD78，第三个为00DE。注意：保持寄存器数据长度（单位：字节）=保持寄存器数*2。Modbus

RTU协议通信示例4.0x04功能码：读输入寄存器从站地址功能码起始地址寄存器数量CRC校验发送报文1字节1字节2字节2字节2字节示例01040000000305CB从站地址功能码数据长度数据CRC校验返回报文1字节1字节1字节6字节2字节示例0104060045FD7800DE8048发送：在从站0x01中，读取开始地址为0x0000的输入寄存器，读0x0003个。返回：数据长度为0x06个字节，第一个为0045，第二个为FD78，第三个为00DE。注意：保持寄存器数据长度（单位：字节）=输入寄存器数*2。Modbus

RTU协议通信示例5.0x05功能码：写单个线圈从站地址功能码线圈地址输出值CRC校验发送报文1字节1字节2字节2字节2字节示例01050000FF008CCB其中：通断标识为FF00，标识线圈置ON;0000表示线圈置OFF。发送：在从站0x01中，将地址为0x0000的线圈设置为ON。返回报文：原文返回。Modbus

RTU协议通信示例6.0x06功能码：写单个保持寄存器从站地址功能码保持寄存器地址设置值CRC校验发送报文1字节1字节2字节2字节2字节示例01060000AF0B8CCB发送：在从站0x01中，将地址为0x0000的保持寄存器设置为AF0B。返回报文：原文返回。示例含义Modbus

RTU协议通信示例7.0x0F功能码：写多个线圈从站地址功能码线圈起始地址线圈数量CRC校验返回报文1字节1字节2字节2字节2字节示例010F000000045487发送：在从站0x01中，将以地址0x0000开始连续的4个线圈设置为ON。返回：在从站0x01中，地址0x0000开始连续的4个线圈。从站地址功能码线圈起始地址线圈数量线圈输出字节长度线圈输出值CRC校验发送报文1字节1字节2字节2字节1字节1字节2字节示例010F00000004010F8E92Modbus

RTU协议通信示例8.0x10功能码：写多个寄存器从站地址功能码寄存器起始地址寄存器数量CRC校验返回报文1字节1字节2字节2字节2字节示例011000000002548B发送：在从站0x01中，向起始地址为0x0000，数量为0x0002的寄存器写入数据，数据长度为0x04个字节，写入的第一个寄存器的值为FB5C，第二个为086F。返回：在从站0x01中，起始地址0x0000开始的2个寄存器。注意：寄存器数据字节长度=寄存器数量*2。从站地址功能码寄存器起始地址寄存器数量