【Modbus】Modbus协议

1. 1. Modbus 协议简介

Modbus协议是一项应用层报文传输协议&＃xff0c;包括ASCII、RTU、TCP三种报文类型。

标准的Modbus协议物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太网接口&＃xff0c;采用master/slave方式通信。

1. 1. 1.  在Modbus网络上转输

1、异步串行通信。一般的介质有:RS-232,RS485,RS-422上,这也是工业上使用的最多的; 

2、主从方式通信。一问一答.&＃xff08;典型的主设备&＃xff1a;主机和可编程仪表。典型的从设备&＃xff1a;可编程控制器。

3、广播和单独通信。主设备与从设备单1&＃xff09;独通信&＃xff1a;从设备返回一消息作为回应。2&＃xff09;广播&＃xff0c;从设备不作任何回应

1. 1. 1. 在其它类型网络上转输

　1、对等技术通信。在单独的通信过程中&＃xff0c;控制器既可作为主设备也可作为从设备。提供的多个内部通道可允许同时发生的传输进程。

   2、主从方式通信。尽管网络通信方法是“对等”,Modbus协议仍提供了主从原则&＃xff0c;设备发消息就是主设备&＃xff0c;并期望从从设备得到回应。

1. 1. 两种传输方式&＃xff08;ASCII或RTU&＃xff09;
      1. ASCII或RTU内容

控制器能设置为两种传输模式&＃xff08;ASCII或RTU&＃xff09;&＃xff0c;设备必须支持RTU模式&＃xff0c;ASCII只是可选。所以ASCII只做了解。

异步串行通信上,一般的介质有:RS-232,RS485,RS-422&＃xff0c;才会分 ASCII或RTU&＃xff0c;　在其它网络上&＃xff08;象MAP和Modbus Plus&＃xff09;Modbus消息被转成与串行传输无关的帧。

ASCII模式:字符数据&＃xff0c;用字符表示十六进制数,如0xff 就是“FF”, 错误检测域LRC

RTU  模式:二进制数数据&＃xff08;十六进制0xff&＃xff09;, 错误检测域 CRC

1. 1. 1. ASCII或RTU消息帧断帧方式

1、ASCII帧

　使用ASCII模式&＃xff0c;消息以冒号&＃xff08;:&＃xff09;字符&＃xff08;ASCII码 3AH&＃xff09;开始&＃xff0c;以回车换行符结束&＃xff08;ASCII码 0DH,0AH&＃xff09;。

2、RTU帧

　使用RTU模式&＃xff0c;消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。

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&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;接收的设备将认为它是前一消息的延续。

1. 1. Modbus网络的协议帧
      1. 帧结构

1&＃xff0e;信息帧结构

最常用的功能码&＃xff1a;

1. 1. 1. 协议帧实例
         1. 查询&＃xff08;功能码0x03&＃xff09;

功能描述:

现在我是主机,我要查询从机地址为1的数据.

简便记忆&＃xff1a;

基本流程就是:
发送:地址 &＃43; 我要查      &＃43;&＃xff08;寄存器起始地址&＃43;个数&＃xff09;&＃43;校验
回复:地址 &＃43;&＃xff08;回&＃xff09;我要查 &＃43;&＃xff08;数据的字节数&＃43;数据&＃xff09;  &＃43;校验

1. 1. 1. 1. 修改
2. 修改单个寄存器&＃xff08;功能码0x06&＃xff09;

1. 修改多个寄存器&＃xff08;功能码0x10&＃xff09;

用修改0x10功能码修改1个寄存器&＃xff1a;

1. 1. 通信方式

Modbus设备可分为主站(poll)和从站(slave)。主站只有一个&＃xff0c;从站有多个&＃xff0c;主站向各从站发送请求帧&＃xff0c;从站给予响应。在使用TCP通信时&＃xff0c;主站为client端&＃xff0c;主动建立连接&＃xff1b;从站为server端&＃xff0c;等待连接。

• 主站请求&＃xff1a;功能码&＃43;数据
• 从站正常响应&＃xff1a;请求功能码&＃43;响应数据
• 从站异常响应&＃xff1a;异常功能码&＃43;异常码&＃xff0c;其中异常功能码即将请求功能码的最高有效位置1&＃xff0c;异常码指示差错类型
• 注意&＃xff1a;需要超时管理机制&＃xff0c;避免无期限的等待可能不出现的应答

IANA&＃xff08;Internet Assigned Numbers Authority&＃xff0c;互联网编号分配管理机构&＃xff09;给Modbus协议赋予TCP端口号为502&＃xff0c;这是目前在仪表与自动化行业中唯一分配到的端口号。

通信过程

1. connect 建立TCP连接
2. 准备Modbus报文
3. 使用send命令发送报文
4. 在同一连接下等待应答
5. 使用recv命令读取报文&＃xff0c;完成一次数据交换
6. 通信任务结束时&＃xff0c;关闭TCP连接

1. 1. Modbus-TCP

以太网作为介质进行传输,

协议与modbus网络的区别&＃xff1a;

modbus网络&＃xff1a;

1. 1. 附录

表1 ModBus功能码

参考&＃xff1a;Modbus协议解析--小白一看就懂的协议_panda&＃64;Code的博客-CSDN博客_modbus解析 Modbus协议解析--小白一看就懂的协议

          新浪博客 modbus 入门篇&＃xff0c;不冗长&＃xff0c;很好理解&＃xff01;

          Modbus通讯协议详细解释_Hello-12345的博客-CSDN博客_modbus协议 Modbus通讯协议详细解释

          MODBUS协议最简单又是最直白的解释_JiaoCL的博客-CSDN博客_modbus协议最简单又是最直白的解释 MODBUS协议最简单又是最直白的解释

http://www.ourdev.cn/forum.php?mod&＃61;viewthread&tid&＃61;4548026

 概念&＃xff1a;

     协议不仅是定义 帧的消息格式 还有 通信流程 以及通信的标准&＃xff1b;

     所以协议是   帧格式定义&＃43;通信交互流程&＃43;通信标准&＃xff1b;

modbus&＃xff1a; modbus帧格式&＃43;modbus发送和回复流程&＃43;modbus硬件标准&＃xff0c;软件标准&＃xff1a;如波特率、校验位等。

modbus 内容&＃xff1a;

更详尽的内容 &＃xff1a;Modbus使用教程 - 百度文库

MODBUS通讯协议及编程

　　ModBus通讯协议分为RTU协议和ASCII协议&＃xff0c;我公司的多种仪表都采用ModBus RTU通讯协议&＃xff0c;如&＃xff1a;CH2000智能电力监测仪、CH 2000M电力参数采集模块、巡检表、数显表、光柱数显表等。下面就ModBus RTU协议简要介绍如下&＃xff1a;

一、通讯协议

&＃xff08;一&＃xff09;、通讯传送方式&＃xff1a;
　　 通讯传送分为独立的信息头&＃xff0c;和发送的编码数据。以下的通讯传送方式定义也与MODBUS RTU通讯规约相兼容&＃xff1a;

初始结构 &＃61; ≥4字节的时间
地址码 &＃61; 1 字节
功能码 &＃61; 1 字节
数据区 &＃61; N 字节
错误校检 &＃61; 16位CRC码
结束结构 &＃61; ≥4字节的时间

　　地址码&＃xff1a;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&＃xff0c;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发送到的从机地址&＃xff0c;而从机发送的地址码表明回送的从机地址。

　　功能码&＃xff1a;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&＃xff0c;通过功能码告诉从机执行什么动作。作为从机响应&＃xff0c;从机发送的功能码与从主机发送来的功能码一样&＃xff0c;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&＃xff11;(比如功能码大与此同时127)&＃xff0c;则表明从机没有响应操作或发送出错。

　　数据区&＃xff1a;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&＃xff1a;二字节的错误检测码。

&＃xff08;二&＃xff09;、通讯规约&＃xff1a;

　　 当通讯命令发送至仪器时&＃xff0c;符合相应地址码的设备接通讯命令&＃xff0c;并除去地址码&＃xff0c;读取信息&＃xff0c;如果没有出错&＃xff0c;则执行相应的任务&＃xff1b;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&＃xff0e;信息帧结构

　　地址码&＃xff1a;地址码是信息帧的第一字节(8位)&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;相当的地址码表明该信息来自于何处。

　　 功能码&＃xff1a;主机发送的功能码告诉从机执行什么任务。表1-1列出的功能码都有具体的含义及操作。

　　数据区&＃xff1a;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&＃xff0c;功能码告诉从机读取寄存器的值&＃xff0c;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&＃xff0c;地址和数据信息都不相同。

　　错误校验码&＃xff1a;主机或从机可用校验码进行判别接收信息是否出错。有时&＃xff0c;由于电子噪声或其它一些干扰&＃xff0c;信息在传输过程中会发生细微的变化&＃xff0c;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&＃xff1a;信息帧的格式都基本相同&＃xff1a;地址码、功能码、数据区和错误校验码。

2&＃xff0e;错误校验

　　 冗余循环码&＃xff08;CRC&＃xff09;包含2个字节&＃xff0c;即16位二进制。CRC码由发送设备计算&＃xff0c;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&＃xff0c;比较计算得到的CRC码是否与接收到的相符&＃xff0c;如果两者不相符&＃xff0c;则表明出错。

　　CRC码的计算方法是&＃xff0c;先预置16位寄存器全为1。再逐步把每8位数据信息进行处理。在进行CRC码计算时只用8位数据位&＃xff0c;起始位及停止位&＃xff0c;如有奇偶校验位的话也包括奇偶校验位&＃xff0c;都不参与CRC码计算。

　　 在计算CRC码时&＃xff0c;8位数据与寄存器的数据相异或&＃xff0c;得到的结果向低位移一字节&＃xff0c;用0填补最高位。再检查最低位&＃xff0c;如果最低位为1&＃xff0c;把寄存器的内容与预置数相异或&＃xff0c;如果最低位为0&＃xff0c;不进行异或运算。

　　 这个过程一直重复8次。第8次移位后&＃xff0c;下一个8位再与现在寄存器的内容相相异或&＃xff0c;这个过程与以上一样重复8次。当所有的数据信息处理完后&＃xff0c;最后寄存器的内容即为CRC码值。CRC码中的数据发送、接收时低字节在前。

　　 计算CRC码的步骤为&＃xff1a;

• 预置16位寄存器为十六进制FFFF&＃xff08;即全为1&＃xff09;。称此寄存器为CRC寄存器&＃xff1b;
• 把第一个8位数据与16位CRC寄存器的低位相异或&＃xff0c;把结果放于CRC寄存器&＃xff1b;
• 把寄存器的内容右移一位(朝低位)&＃xff0c;用0填补最高位&＃xff0c;检查最低位&＃xff1b;
• 如果最低位为0&＃xff1a;重复第3步(再次移位); 如果最低位为1&＃xff1a;CRC寄存器与多项式A001&＃xff08;1010 0000 0000 0001&＃xff09;进行异或&＃xff1b;
• 重复步骤3和4&＃xff0c;直到右移8次&＃xff0c;这样整个8位数据全部进行了处理&＃xff1b;
• 重复步骤2到步骤5&＃xff0c;进行下一个8位数据的处理&＃xff1b;
• 最后得到的CRC寄存器即为CRC码。

3&＃xff0e;功能码03&＃xff0c;读取点和返回值&＃xff1a;

　　仪表采用Modbus RTU通讯规约&＃xff0c;利用通讯命令&＃xff0c;可以进行读取点(“保持寄存器”) 或返回值(“输入寄存器” )的操作。保持和输入寄存器都是16位&＃xff08;2字节&＃xff09;值&＃xff0c;并且高位在前。这样用于仪表的读取点和返回值都是2字节。一次最多可读取寄存器数是60。由于一些可编程控制器不用功能码03&＃xff0c;所以功能码03被用作读取点和返回值。从机响应的命令格式是从机地址、功能码、数据区及CRC码。数据区中的寄存器数据都是每两个字节高字节在前。

4&＃xff0e;功能码06&＃xff0c;单点保存

　　主机利用这条命令把单点数据保存到仪表的存储器。从机也用这个功能码向主机返送信息。

二、编程举例

　　下面是一个用VC编写的ModBus RTU通讯的例子

&＃xff08;一&＃xff09;、通讯口设置

DCB dcb;
hCom&＃61;CreateFile("COM1",
　　　　 GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,
　　　　　0,
　　　　　NULL,
　　　　　OPEN_EXISTING,
　　　　　0,
　　　　　NULL);
if(hCom&＃61;&＃61;INVALID_HANDLE_VALUE)
{
　　MessageBox("createfile error,error");
}
BOOL error&＃61;SetupComm(hCom,1024,1024);
if(!error)
　　MessageBox("setupcomm error");
error&＃61;GetCommState(hCom,&dcb);
if(!error)
　　MessageBox("getcommstate,error");
dcb.BaudRate&＃61;2400;
dcb.ByteSize&＃61;8;

dcb.Parity&＃61;EVENPARITY;//NOPARITY;
dcb.StopBits&＃61;ONESTOPBIT;

error&＃61;SetCommState(hCom,&dcb);

&＃xff08;二&＃xff09;、CRC校验码计算

UINT crc
void calccrc(BYTE crcbuf)
{
BYTE i;

crc&＃61;crc ^ crcbuf;
for(i&＃61;0;i<8;i&＃43;&＃43;)
{
BYTE TT;
TT&＃61;crc&1;
crc&＃61;crc>>1;
crc&＃61;crc&0x7fff;
if (TT&＃61;&＃61;1)
crc&＃61;crc^0xa001;
crc&＃61;crc&0xffff;
}
}

&＃xff08;三&＃xff09;、数据发送

zxaddr&＃61;11;//读取地址为11的巡检表数据
zxnum&＃61;10;//读取十个通道的数据

writebuf2[0]&＃61;zxaddr;
writebuf2[1]&＃61;3;
writebuf2[2]&＃61;0;
writebuf2[3]&＃61;0;
writebuf2[4]&＃61;0;
writebuf2[5]&＃61;zxnum;
crc&＃61;0xffff;
calccrc(writebuf2[0]);
calccrc(writebuf2[1]);
calccrc(writebuf2[2]);
calccrc(writebuf2[3]);
calccrc(writebuf2[4]);
calccrc(writebuf2[5]);

writebuf2[6]&＃61;crc & 0xff;
writebuf2[7]&＃61;crc/0x100;
WriteFile(hCom,writebuf2,8,&comnum,NULL);

&＃xff08;四&＃xff09;、数据读取

ReadFile(hCom,writebuf,5&＃43;zxnum*2,&comnum,NULL);//读取zxnum个通道数据
可增加错误处理程序&＃xff0c;如地址码错误、CRC码错误判断、通讯故障处理等。

 ModBus通信系统协议

ModBus网络是一个工业通信系统&＃xff0c;由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成。其系统结构既包括硬件、亦包括软件。它可应用于各种数据采集和过程监控。下表1是ModBus的功能码定义。

表1 ModBus功能码

ModBus网络只是一个主机&＃xff0c;所有通信都由他发出。网络可支持247个之多的远程从属控制器&＃xff0c;但实际所支持的从机数要由所用通信设备决定。采用这个系统&＃xff0c;各PC可以和中心主机交换信息而不影响各PC执行本身的控制任务。表2是ModBus各功能码对应的数据类型。

表2 ModBus功能码与数据类型对应表

&＃xff08;1&＃xff09;ModBus的传输方式

 在ModBus系统中有2种传输模式可选择。这2种传输模式与从机PC通信的能力是同等的。选择时应视所用ModBus主机而定&＃xff0c;每个ModBus系统只能使用一种模式&＃xff0c;不允许2种模式混用。一种模式是ASCII&＃xff08;美国信息交换码&＃xff09;&＃xff0c;另一种模式是RTU&＃xff08;远程终端设备&＃xff09;这两种模式的定义见表3

表3 ASCII和RTU传输模式的特性

ASCII可打印字符便于故障检测&＃xff0c;而且对于用高级语言&＃xff08;如Fortan&＃xff09;编程的主计算机及主PC很适宜。RTU则适用于机器语言编程的计算机和PC主机。

用RTU模式传输的数据是8位二进制字符。如欲转换为ASCII模式&＃xff0c;则每个RTU字符首先应分为高位和低位两部分&＃xff0c;这两部分各含4位&＃xff0c;然后转换成十六进制等量值。用以构成报文的ASCII字符都是十六进制字符。ASCII模式使用的字符虽是RTU模式的两倍&＃xff0c;但ASCII数据的译玛和处理更为容易一些&＃xff0c;此外&＃xff0c;用RTU模式时报文字符必须以连续数据流的形式传送&＃xff0c;用ASCII模式&＃xff0c;字符之间可产生长达1s的间隔&＃xff0c;以适应速度较快的机器。

表4给出了以RTU方式读取整数据的例子

以RTU方式读取整数据的例子

&＃xff08;2&＃xff09;ModBus的数据校验方式

CRC-16&＃xff08;循环冗余错误校验&＃xff09;

CRC-16错误校验程序如下&＃xff1a;报文&＃xff08;此处只涉及数据位&＃xff0c;不指起始位、停止位和任选的奇偶校验位&＃xff09;被看作是一个连续的二进制&＃xff0c;其最高有效位&＃xff08;MSB&＃xff09;首选发送。报文先与X↑16相乘&＃xff08;左移16位&＃xff09;&＃xff0c;然后看X↑16&＃43;X↑15&＃43;X↑2&＃43;1除&＃xff0c;X↑16&＃43;X↑15&＃43;X↑2&＃43;1可以表示为二进制数11000000000000101。整数商位忽略不记&＃xff0c;16位余数加入该报文&＃xff08;MSB先发送&＃xff09;&＃xff0c;成为2个CRC校验字节。余数中的1全部初始化&＃xff0c;以免所有的零成为一条报文被接收。经上述处理而含有CRC字节的报文&＃xff0c;若无错误&＃xff0c;到接收设备后再被同一多项式&＃xff08;X↑16&＃43;X↑15&＃43;X↑2&＃43;1&＃xff09;除&＃xff0c;会得到一个零余数&＃xff08;接收设备核验这个CRC字节&＃xff0c;并将其与被传送的CRC比较&＃xff09;。全部运算以2为模&＃xff08;无进位&＃xff09;。

习惯于成串发送数据的设备会首选送出字符的最右位&＃xff08;LSB-最低有效位&＃xff09;。而在生成CRC情况下&＃xff0c;发送首位应是被除数的最高有效位MSB。由于在运算中不用进位&＃xff0c;为便于操作起见&＃xff0c;计算CRC时设MSB在最右位。生成多项式的位序也必须反过来&＃xff0c;以保持一致。多项式的MSB略去不记&＃xff0c;因其只对商有影响而不影响余数。

生成CRC-16校验字节的步骤如下&＃xff1a;

①装如一个16位寄存器&＃xff0c;所有数位均为1。

②该16位寄存器的高位字节与开始8位字节进行“异或”运算。运算结果放入这个16位寄存器。

③把这个16寄存器向右移一位。

④若向右&＃xff08;标记位&＃xff09;移出的数位是1&＃xff0c;则生成多项式1010000000000001和这个寄存器进行“异或”运算&＃xff1b;若向右移出的数位是0&＃xff0c;则返回③。

⑤重复③和④&＃xff0c;直至移出8位。

⑥另外8位与该十六位寄存器进行“异或”运算。

⑦重复③~⑥&＃xff0c;直至该报文所有字节均与16位寄存器进行“异或”运算&＃xff0c;并移位8次。

⑧这个16位寄存器的内容即2字节CRC错误校验&＃xff0c;被加到报文的最高有效位。

另外&＃xff0c;在某些非ModBus通信协议中也经常使用CRC16作为校验手段&＃xff0c;而且产生了一些CRC16的变种&＃xff0c;他们是使用CRC16多项式X↑16&＃43;X↑15&＃43;X↑2&＃43;1&＃xff0c;单首次装入的16位寄存器为0000&＃xff1b;使用CRC16的反序X↑16&＃43;X↑14&＃43;X↑1&＃43;1&＃xff0c;首次装入寄存器值为0000或FFFFH。

LRC&＃xff08;纵向冗余错误校验&＃xff09;

LRC错误校验用于ASCII模式。这个错误校验是一个8位二进制数&＃xff0c;可作为2个ASCII十六进制字节传送。把十六进制字符转换成二进制&＃xff0c;加上无循环进位的二进制字符和二进制补码结果生成LRC错误校验&＃xff08;参见图&＃xff09;。这个LRC在接收设备进行核验&＃xff0c;并与被传送的LRC进行比较&＃xff0c;冒号&＃xff08;&＃xff1a;&＃xff09;、回车符号&＃xff08;CR&＃xff09;、换行字符&＃xff08;LF&＃xff09;和置入的其他任何非ASCII十六进制字符在运算时忽略不计。

表5 LRC生成范例&＃xff0d;&＃xff0d;读取02号从机的前8个线圈