ModBusRTU通讯协议.doc

1、ModBusRTU 通讯协议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(Schneider Automation)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

2、。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 Modbus。Modbus 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

3、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。 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

4、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。（一） 、通讯传送方式：通讯传送分为独立的信息头，和发送的编码数据。以下的通讯传送方式定义也与ModBusRTU 通 讯规约相兼容： 初始结构 = 4 字节的时间 地址码 = 1 字节功能码 = 1 字节数据区 = N 字 节错误校检 = 16 位 CRC 码 结束结构 = 4 字节的时间地址码：地址码为通讯传送的第一个字节。这个字节表明由用户设定地址码的从机将接收由主机发送来的信息。并且每个从机都有具有唯一的地址 码，并且响 应回送均以各自的地址码开始。主机发送的地址码 表明将

5、发送到的从机地址，而从机发送的地址码表明回送的从机地址。功能码：通讯传送的第二个字节。ModBus 通讯规约定义功能号为 1 到 127。本仪表只利用其中的一部分功能码。作为 主机请求发送，通 过功能码告 诉从机执行什么动作。作为从机响应，从机发送的功能码与从主机 发送来的功能码一样，并表明从机已响应主机进行操作。如果从机发送的功能码的最高位为( 比如功能码大与此同时 127)，则表明从机没有响应操作或发送出错。数据区：数据区是根据不同的功能码而不同。数据区可以是实际数值、设置点、主机发送给从机或从机发送给主机的地址。CRC 码：二字节的错误检测码。（二）、通讯规约：当通讯命令发送至仪器时，符

6、合相应地址码的设备接通讯命令，并除去地址码，读取信息，如果没有出错，则执行相应的任务；然后把执行结果返送 给发送者。返送的信息中包括地址码、执行动作的功能码、执行动作后结果的数据以及错误 校验码。如果出错就不发送任何信息。1信息帧结构地址码 功能码 数据区 错误校验码8 位 8 位 N 8 位 16 位地址码：地址码是信息帧的第一字节(8 位) ，从 0 到 255。这个字节表明由用户设置地址的从机将接收由主机发送来的信息。每个从机都必 须有唯一的地址 码，并且只有符合地址 码的从机才能响应回送。当从机回送信息 时，相当的地址 码表明 该信息来自于何处。功能码：主机发送的功能码告诉从机执行什么

7、任务。表 1-1 列出的功能码都有具体的含义及操作。 数据区：数据区包含需要从机执行什么动作或由从机采集的返送信息。这些信息可以是数值、参考地址等等。例如，功能码告诉从机读取寄存器的值，则数据区必需包含要读取寄存器的起始地址及读取长度。 对于不同的从机，地址和数据信息都不相同。错误校验码：主机或从机可用校验码进行判别接收信息是否出 错。有时，由于电子噪声或其它一些干扰，信息在传输过 程中会发生细微的变化， 错误 校验码保证了主机或从机对在传送过程中出错的信息不起作用。 这样增加了系统的安全和效率。错误校验采用 CRC-16 校验方法。注：信息帧的格式都基本相同：地址码、功能 码、数据区和 错误

8、 校验码。2错误校验冗余循环码（CRC）包含 2 个字节，即 16 位二进制。CRC 码由发送设备计算，放置于发送信息的尾部。接收信息的设备 再重新计算接收到信息的 CRC 码，比 较计算得到的 CRC码是否与接收到的相符，如果两者不相符，则表明出错。（三）、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

9、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

10、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（184/384 484 584） 可使主机模拟编程器功能修改 PC 从机逻辑 14 探询（184/384 484 584） 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 MICRO 84） 可使主机模拟编程功能，修改 PC 状态逻辑 19 重置通

11、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 2264 保留作扩展功能备用 6572 保留以备用户功能所用 留作用户功能的扩展编码 73119 非法功能 120127 保留 留作内部作用 128255 保留 用于异常应答 （三）、功能码命令详解：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、01 号命令，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

12、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：110100130025CRC 低CRC 高 意义如下：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。 命令号 01：读取数字量的命令号固定为 01。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。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

13、37 个开关量。CRC 校验：是从开 头一直校验到此之前。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 校验的高 8 位 CRC 校验的低 8 位 例：110105CD6BB20E1B CRC 高 CRC 低 意义如下：设备 地址和命令号和上面的相同。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。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，

14、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 0。CRC 校验同上。 2、05 号命令，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：110500ACFF00CRC 高CRC 低 意义如下：设备 地址和上面的相同。命令号 :写数字量的命令号固定为 05。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。下置的数据高 8 位，低 8 位：表明需要

15、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FF00表示 闭合0000表示断开，其他数值非法。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。 3、03 号命令，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 校验的高 8 位 CRC 校验的低 8 位例：1103006B0003 CRC 高CRC 低 意义如下：设备 地址和上面的相同。命令号 :读模 拟量的命令号固定 为 03。起始地址高 8 位、低 8 位：

16、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。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 校验的高 8 位 CRC 校验的低 8 位 例：110306022B00000064 CRC 高 CRC 低 意义如下：设备 地址和命令号和上面的相同。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

17、 个字节所以共 6 个字节。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 555，0，100。CRC 校验同上。 4、06 号命令，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 校验的高 8 位 CRC 校验的低 8 位 例：110600010003 CRC 高 CRC 低 意义如下：设备 地址和上面的相同。命令号 :写模 拟量的命令号固定 为 06。

18、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。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。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。5、16 号命令，写多个模拟量寄存器（保持寄存器）： 计算机发送命令：设备地址 命令号 16 需下置的寄存器地址高 8 位 低 8 位 数据数量高 8 位 数据数量低 8 位 下置的数据高 8 位 低 8 位 CRC 校验的高 8位 CRC 校验 的低 8 位 例：1116000100010005 CRC 高 C

19、RC 低 意义如下：设备 地址和上面的相同。命令号 :写模 拟量的命令号固定 为 16。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。需下置的数据数量高 8 位，低 8 位：表明了需要下置的数据数量，这里为 1。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 5。设备响应：如果成功把计算机返回的如下命令，否 则不响应 。设备响应：设备地址 命令号 16 需下置的寄存器地址高 8 位 低 8 位 数据数量高8 位 数据数量低 8 位 CRC 校验的高 8 位 CRC 校验的低 8 位 ，如上例返回：111600010001 CRC 高 CRC 低