modbus-RTU学习

参考

MODBUS协议整理——汇总

Modbus 协议简介

1. Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。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。

2. 此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。

3. 当在一 Modbus 网络上通信时，此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，控制器将生成反馈信息并用 Modbus 协议发出。在其它网络上，包含了 Modbus 协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。

查询—回应周期

• 查询
  查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。
  数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息。
  例如功能代码 03 是要求从设备读保持寄存器并返回它们的内容。
  数据段必须包含要告之从设备的信息：从何寄存器开始读及要读的寄存器数量。
  错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确
• 回应
  如果从设备产生一正常的回应，在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应。
  数据段包括了从设备收集的数据：寄存器值或状态。
  如果有错误发生，功能代码将被修改以用于指出回应消息是错误的，同时数据段包含了描述此错误信息的代码。
  错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用。

modbus RTU

RTU 模式

当控制器设为在 Modbus 网络上以 RTU（远程终端单元）模式通信，在消息中的每个 8Bit 字节包含两
个 4Bit 的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比 ASCII 方式传送更多的数据。

• 代码系统
  8 位二进制，十六进制数 0…9，A…F
  消息中的每个 8 位域都是一个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），2 个 Bit（无校验时）
• 错误检测域
  CRC(循环冗长检测)

RTU 帧

使用 RTU 模式，消息发送至少要以 3.5 个字符时间的停顿间隔开始。在网络波特率下多样的字符时间，这是最容易实现的(如下图的 T1-T2-T3-T4 所示)。传输的第一个域是设备地址。可以使用的传输字符是十
六进制的 0…9,A…F。网络设备不断侦测网络总线，包括停顿间隔时间内。当第一个域（地址域）接收
到，每个设备都进行解码以判断是否发往自己的。在最后一个传输字符之后，一个至少 3.5 个字符时间的
停顿标定了消息的结束。一个新的消息可在此停顿后开始。

整个消息帧必须作为一连续的流转输。如果在帧完成之前有超过 1.5 个字符时间的停顿时间，接收设
备将刷新不完整的消息并假定下一字节是一个新消息的地址域。同样地，如果一个新消息在小于 3.5 个字
符时间内接着前个消息开始，接收的设备将认为它是前一消息的延续。这将导致一个错误，因为在最后的
CRC 域的值不可能是正确的。一典型的消息帧如下所示：

(1)地址域（Addr）：8位数据，表示有效的从机设备地址范围0-247；
(2)功能域（Func）：当主机向从机发送查询信息时，功能码命令从机执行相应功能；当从机响应主机，功能码表示从机正常响应或者出现异常。
(3)数据域：主机查询从机时，数据域包含读取寄存器起始地址和读取寄存器数量，16位有效，高字节在前，低字节在后。从机响应主机时，数据域包含接收数据字节数量（8位有效）和接收的数据（16位有效，高字节在前，低字节在后）。
(4)错误校验域：使用CRC16校验，16位有效，高字节在前，低字节在后。

modbus功能码简述

下表列出MODBUS支持的部分功能代码：以十进制表示。

代码	中文名称	寄存器PLC地址	位操作/字操作	操作数量
01	读线圈状态	00001-09999	位操作	单个或多个
02	读离散输入状态	10001-19999	位操作	单个或多个
03	读保持寄存器	40001-49999	字操作	单个或多个
04	读输入寄存器	30001-39999	字操作	单个或多个
05	写单个线圈	00001-09999	位操作	单个
06	写单个保持寄存器	40001-49999	字操作	单个
15	写多个线圈	00001-09999	位操作	多个
16	写多个保持寄存器	40001-49999	字操作	多个

功能码说明

功能码可以分为位操作和字操作两类。位操作的最小单位为BIT，字操作的最小单位为两个字节。

【位操作指令】 读线圈状态01H，读(离散)输入状态02H，写单个线圈06H和写多个线圈0FH。

【字操作指令】 读保持寄存器03H，写单个寄存器06H，写多个保持寄存器10H。

寄存器地址分配

表1.2 MODBUS寄存器地址分配

寄存器PLC地址	寄存器协议地址	适用功能	寄存器种类	读写状态
00001-09999	0000H-FFFFH	01H 05H 0FH	线圈状态	可读可写
10001-19999	0000H-FFFFH	02H	离散输入状态	可读
30001-39999	0000H-FFFFH	04H	输入寄存器	可读
40001-49999	0000H-FFFFH	03H 06H 0FH	保持寄存器	可读可写

寄存器种类说明

PLC地址和协议地址区别

PLC地址可以理解为协议地址的变种，在触摸屏和PLC编程中应用较为广泛。

寄存器PLC地址

寄存器PLC地址指存放于控制器中的地址，这些控制器可以是PLC，也可以使触摸屏，或是文本显示器。PLC地址一般采用10进制描述，共有5位，其中第一位代码寄存器类型。第一位数字和寄存器类型的对应关系如表1所示。PLC地址例如40001、30002等。

寄存器协议地址

寄存器协议地址指指通信时使用的寄存器地址，例如PLC地址40001对应寻址地址0x0000，40002对应寻址地址0x0001，寄存器寻址地址一般使用16进制描述。再如，PLC寄存器地址40003对应协议地址0002，PLC寄存器地址30003对应协议地址0002，虽然两个PLC寄存器寄存器通信时使用相同的地址，但是需要使用不同的命令访问，所以访问时不存在冲突。

应用举例-读保持寄存器03H

表1 数据输出项目与格式要求

• 说明
  读保持寄存器。可读取单个或多个保持寄存器。
• 查询
  从机地址为01H。保持寄存器的起始地址为0000H，该次查询总共访问13个保持寄存器。

模拟数据

查询：01 03 00 00 00 0d 84 0f

响应

应答：01 03 1A 07 3F 03 23 00 0E 00 1C 2E 3F 01 2F 03 25 04 3F 05 1B 01 2C 00 3F 01 2F 00 10 DA 46