Modbus通信协议
摘 要：工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制，如今已进入网络时代，工业控制器连网也为网络管理提供了方便。Modbus就是工业控制器的网络协议中的一种。
关键词：Modbus协议；串行通信；LRC校验；CRC校验；RS-232C
一、Modbus 协议简介
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。
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。
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。
1、在Modbus网络上转输
标准的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem组网。
控制器通信使用主—从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。
主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。
从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。
2、在其它类型网络上转输
在其它网络上，控制器使用对等技术通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。这样在单独的通信过程中，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。
在消息位，Modbus协议仍提供了主—从原则，尽管网络通信方法是“对等”。如果一控制器发送一消息，它只是作为主设备，并期望从从设备得到回应。同样，当控制器接收到一消息，它将建立一从设备回应格式并返回给发送的控制器。
3、查询—回应周期
（1）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的方法。
（2）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：象寄存器值或状态。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。
二、两种传输方式
控制器能设置为两种传输模式（ASCII或RTU）中的任何一种在标准的Modbus网络通信。用户选择想要的模式，包括串口通信参数（波特率、校验方式等），在配置每个控制器的时候，在一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。
ASCII模式
:地
址
功能代
码
数据数
量
数据1...
数据
n
LRC高字
节
LRC低字
节
回车 换行
RTU模式
地址 功能代数据数数据1...数据n CRC高字CRC低字
码 量 节 节
所选的ASCII或RTU方式仅适用于标准的Modbus网络，它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位，以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。
在其它网络上（象MAP和Modbus Plus）Modbus消息被转成与串行传输无关的帧。
1、ASCII模式
当控制器设为在Modbus网络上以ASCII（美国标准信息交换代码）模式通信，在消息中的每个8Bit 字节都作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。
代码系统
?十六进制，ASCII字符0...9，A...F
?消息中的每个ASCII字符都是一个十六进制字符组成
每个字节的位
?1个起始位
?7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
?LRC(纵向冗长检测)
2、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)
三、Modbus消息帧
两种传输模式中（ASCII或RTU），传输设备以将Modbus消息转为有起点和终点的帧，这就允许接收的设备在消息起始处开始工作，读地址分配信息，判断哪一个设备被选中（广播方式则传给所有设备），判知何时信息已完成。部分的消息也能侦测到并且错误能设置为返回结果。
1、ASCII帧
使用ASCII模式，消息以冒号（:）字符（ASCII码 3AH）开始，以回车换行符结束（ASCII码 0DH,0AH）。
其它域可以使用的传输字符是十六进制的0...9,A...F。网络上的设备不断侦测“:”字符，当有一个冒号接收到时，每个设备都解码下个域（地址域）来判断是否发给自己的。
消息中字符间发送的时间间隔最长不能超过1秒，否则接收的设备将认为传输错误。一个典型消息帧如下所示：
起始位 设备地
址
功能代码数据 LRC校验结束符
1个字符 2个字符2个字符n个字符2个字符2个字符
图2 ASCII消息帧
2、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：
起始位 设备地址 功能代码 数据 CRC校验 结束符
T1-T2-T3-T48Bit8Bit n个8Bit16Bit T1-T2-T3-T4
图3 RTU消息帧
3、地址域
消息帧的地址域包含两个字符（ASCII）或8Bit（RTU）。可能的从设备地址是0...247 (十进制)。单个设备的地址范围是1...247。主设备通过将要联络的从设备的地址放入消息中的地址域来选通从设备。当从设备发送回应消息时，它把自己的地址放入回应的地址域中，以便主设备知道是哪一个设备作出回应。
地址0是用作广播地址，以使所有的从设备都能认识。当Modbus协议用于更高水准的网络，广播可能不允许或以其它方式代替。
4、如何处理功能域
消息帧中的功能代码域包含了两个字符（ASCII）或8Bits（RTU）。可能的代码范围是十进制的1...255。当然，有些代码是适用于所有控制器，有此是应用于某种控制器，还有些保留以备后用。
当消息从主设备发往从设备时，功能代码域将告之从设备需要执行哪些行为。例如去读取输入的开关状态，读一组寄存器的数据内容，读从设备的诊断状态，允许调入、记录、校验在从设备中的程序等。
当从设备回应时，它使用功能代码域来指示是正常回应(无误)还是有某种错误发生（称作异议回应）。对正常回应，从设备仅回应相应的功能代码。对异议回应，从设备返回一等同于正常代码的代码，但最重要的位置为逻辑1。
例如：一从主设备发往从设备的消息要求读一组保持寄存器，将产生如下功能代码：
0 0 0 0 0 0 1 1 （十六进制03H）
对正常回应，从设备仅回应同样的功能代码。对异议回应，它返回：
1 0 0 0 0 0 1 1 （十六进制83H）
除功能代码因异议错误作了修改外，从设备将一独特的代码放到回应消息的数据域中，这能告诉主设备发生了什么错误。
主设备应用程序得到异议的回应后，典型的处理过程是重发消息，或者诊断发给从设备的消息并报告给操作员。
5、数据域
数据域是由两个十六进制数集合构成的，范围00...FF。根据网络传输模式，这可以是由一对ASCII
字符组成或由一RTU字符组成。
从主设备发给从设备消息的数据域包含附加的信息：从设备必须用于进行执行由功能代码所定义的所为。这包括了象不连续的寄存器地址，要处理项的数目，域中实际数据字节数。
例如，如果主设备需要从设备读取一组保持寄存器（功能代码03），数据域指定了起始寄存器以及要读的寄存器数量。如果主设备写一组从设备的寄存器（功能代码10十六进制），数据域则指明了要写的起始寄存器以及要写的寄存器数量，数据域的数据字节数，要写入寄存器的数据。
如果没有错误发生，从从设备返回的数据域包含请求的数据。如果有错误发生，此域包含一异议代码，主设备应用程序可以用来判断采取下一步行动。
在某种消息中数据域可以是不存在的（0长度）。例如，主设备要求从设备回应通信事件记录（功能代码0B十六进制），从设备不需任何附加的信息。
6、错误检测域
标准的Modbus网络有两种错误检测方法。错误检测域的内容视所选的检测方法而定。
ASCII
当选用ASCII模式作字符帧，错误检测域包含两个ASCII字符。这是使用LRC（纵向冗长检测）方法对消息内容计算得出的，不包括开始的冒号符及回车换行符。LRC字符附加在回车换行符前面。
RTU
当选用RTU模式作字符帧，错误检测域包含一16Bits值(用两个8位的字符来实现)。错误检测域的内容是通过对消息内容进行循环冗长检测方法得出的。CRC域附加在消息的最后，添加时先是低字节然后是高字节。故CRC的高位字节是发送消息的最后一个字节。
7、字符的连续传输
当消息在标准的Modbus系列网络传输时，每个字符或字节以如下方式发送（从左到右）：
最低有效位...最高有效位
使用ASCII字符帧时，位的序列是：
有奇偶校验
启始位 1234567
奇偶
位
停止
位
无奇偶校验
启始位 1234567
停止
位
停止
位
图4. 位顺序（ASCII）
使用RTU字符帧时，位的序列是： 有奇偶校验
启始位 12345678奇偶位
停
止
位
无奇偶校验
启始位 12345678
停止
位
停止
位
图4. 位顺序（RTU）
四、错误检测方法
标准的Modbus串行网络采用两种错误检测方法。奇偶校验对每个字符都可用，帧检测（LRC或CRC）应用于整个消息。它们都是在消息发送前由主设备产生的，从设备在接收过程中检测每个字符和整个消息帧。
用户要给主设备配置一预先定义的超时时间间隔，这个时间间隔要足够长，以使任何从设备都能作为正常反应。如果从设备测到一传输错误，消息将不会接收，也不会向主设备作出回应。这样超时事件将触发主设备来处理错误。发往不存在的从设备的地址也会产生超时。
1、奇偶校验
用户可以配置控制器是奇或偶校验，或无校验。这将决定了每个字符中的奇偶校验位是如何设置的。
如果指定了奇或偶校验，“1”的位数将算到每个字符的位数中（ASCII模式7个数据位，RTU中8个数据位）。例如RTU字符帧中包含以下8个数据位：
1 1 0 0 0 1 0 1
整个“1”的数目是4个。如果便用了偶校验，帧的奇偶校验位将是0，便得整个“1”的个数仍是4个。如果便用了奇校验，帧的奇偶校验位将是1，便得整个“1”的个数是5个。
如果没有指定奇偶校验位，传输时就没有校验位，也不进行校验检测。代替一附加的停止位填充至要传输的字符帧中。
2、LRC检测
使用ASCII模式，消息包括了一基于LRC方法的错误检测域。LRC域检测了消息域中除开始的冒号及
结束的回车换行号外的内容。
LRC域是一个包含一个8位二进制值的字节。LRC值由传输设备来计算并放到消息帧中，接收设备在接收消息的过程中计算LRC，并将它和接收到消息中LRC域中的值比较，如果两值不等，说明有错误。
LRC方法是将消息中的8Bit的字节连续累加，丢弃了进位。
LRC简单函数如下：
static unsigned char LRC(auchMsg,usDataLen)
unsigned char *auchMsg ; /* 要进行计算的消息 */
unsigned short usDataLen ; /* LRC 要处理的字节的数量*/
{ unsigned char uchLRC = 0 ; /* LRC 字节初始化 */
while (usDataLen--) /* 传送消息 */
uchLRC += *auchMsg++ ; /* 累加*/
return ((unsigned char)(-((char_uchLRC))) ;
}
3、CRC检测
使用RTU模式，消息包括了一基于CRC方法的错误检测域。CRC域检测了整个消息的内容。
CRC域是两个字节，包含一16位的二进制值。它由传输设备计算后加入到消息中。接收设备重新计算收到消息的CRC，并与接收到的CRC域中的值比较，如果两值不同，则有误。
CRC是先调入一值是全“1”的16位寄存器，然后调用一过程将消息中连续的8位字节各当前寄存器中的值进行处理。仅每个字符中的8Bit数据对CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校验位均无效。
CRC产生过程中，每个8位字符都单独和寄存器内容相或（OR），结果向最低有效位方向移动，最高有效位以0填充。LSB被提取出来检测，如果LSB为1，寄存器单独和预置的值或一下，如果LSB为0，则不进行。整个过程要重复8次。在最后一位（第8位）完成后，下一个8位字节又单独和寄存器的当前值相或。最终寄存器中的值，是消息中所有的字节都执行之后的CRC值。
CRC添加到消息中时，低字节先加入，然后高字节。
CRC简单函数如下：
unsigned short CRC16(puchMsg, usDataLen)
unsigned char *puchMsg ; /* 要进行CRC校验的消息 */
unsigned short usDataLen ; /* 消息中字节数 */
{
unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; /* 高CRC字节初始化 */
unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; /* 低CRC 字节初始化 */
unsigned uIndex ; /* CRC循环中的索引 */
while (usDataLen--) /* 传输消息缓冲区 */
{
uIndex = uchCRCHi ^ *puchMsgg++ ; /* 计算CRC */
uchCRCHi = uchCRCLo ^ auchCRCHi[uIndex} ;
uchCRCLo = auchCRCLo[uIndex] ;
}
return (uchCRCHi << 8 | uchCRCLo) ;
}
/* CRC 高位字节值表 */
static unsigned char auchCRCHi[] = {
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40
} ;
/* CRC低位字节值表*/
static char auchCRCLo[] = {
0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09, 0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3, 0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A, 0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26, 0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F, 0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5, 0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C, 0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C, 0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40
} ;
ModBus网络是一个工业通信系统，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
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，用户逻辑可以将这些线圈定义，以说明从机状态，短报文适宜于迅速读取状态
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
22～64保留作扩展功能备用
65～72保留以备用户功能所用 留作用户功能的扩展编码
73～119非法功能
120～
保留 留作内部作用
127
128～
保留 用于异常应答
255
ModBus网络只是一个主机，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，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，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
代码功能 数据类型
01读 位
02读 位
03读 整型、字符型、状态字、浮点型
04读 整型、状态字、浮点型
05写 位
06写 整型、字符型、状态字、浮点型
08N/A重复“回路反馈”信息
15写 位
16写 整型、字符型、状态字、浮点型
17读 字符型
（1）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，每个ModBus系统只能使用一种模式，不允许2种模式混用。一种模式是ASCII （美国信息交换码），另一种模式是RTU（远程终端设备）这两种模式的定义见表3
表3 ASCII和RTU传输模式的特性
特性 ASCII(7位） RTU(8位）
编码系统
十六进制（使用ASCII可打
印字符：0～9，A～F)
二进制 开始位 1位 1位
数据位（最低有效位第一位）7位 8位 奇偶校验（任选）
1位（此位用于奇偶校验，无
校应则无该位）
1位（此位用于奇偶校验，无
校应则无该位） 停止位 1或2位 1或2位
每一个字符
的位数
错误校验 LRC（即纵向冗余校验） CRC(即循环冗余校验）
ASCII可打印字符便于故障检测，而且对于用高级语言（如Fortan）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，则每个RTU字符首先应分为高位和低位两部分，这两部分各含4位，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，但ASCII数据的译玛和处理更为容易一些，此外，用RTU模式时报文字符必须以连续数据流的形式传送，用ASCII模式，字符之间可产生长达1s的间隔，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
主机请求
地址 功能码 第一个寄存
器的高位地
址
第一个寄存
器的低位地
址
寄存器的数
量的高位
寄存器的数
量的底位
错误校验
010*********XX
从机应答
地址 功能码 字节数 数据高字节 数据低字节 错误校验
010324124XX
十六进制数4124表示的十进制整数为16676，错误校验值要根据传输方式而定。
（2）ModBus的数据校验方式
CRC-16（循环冗余错误校验）
CRC-16错误校验程序如下：报文（此处只涉及数据位，不指起始位、停止位和任选的奇偶校验位）被看作是一个连续的二进制，其最高有效位（MSB）首选发送。报文先与X↑16相乘（左移16位），然后看X↑16+X↑15+X↑2+1除，X↑16+X↑15+X↑2+1可以表示为二进制数11000000000000101。整数商位忽略不
记，16位余数加入该报文（MSB先发送），成为2个CRC校验字节。余数中的1全部初始化，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，若无错误，到接收设备后再被同一多项式（X↑16+X↑15+X↑2+1）除，会得到一个零余数（接收设备核验这个CRC字节，并将其与被传送的CRC比较）。全部运算以2为模（无进位）。
习惯于成串发送数据的设备会首选送出字符的最右位（LSB-最低有效位）。而在生成CRC情况下，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，为便于操作起见，计算CRC时设MSB在最右位。生成多项式的位序也必须反过来，以保持一致。多项式的MSB略去不记，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：
①装如一个16位寄存器，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（标记位）移出的数位是1，则生成多项式1010000000000001和这个寄存器进行“异或”运算；若向右移出的数位是0，则返回③。
⑤重复③和④，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，直至该报文所有字节均与16位寄存器进行“异或”运算，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，被加到报文的最高有效位。
另外，在某些非ModBus通信协议中也经常使用CRC16作为校验手段，而且产生了一些CRC16的变种，他们是使用CRC16多项式X↑16+X↑15+X↑2+1，单首次装入的16位寄存器为0000；使用CRC16的反序
X↑16+X↑14+X↑1+1，首次装入寄存器值为0000或FFFFH。
LRC（纵向冗余错误校验）
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，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，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（参见图）。这个LRC在接收设备进行核验，并与被传送的LRC进行比较，冒号（：）、回车符号（CR）、换行字符（LF）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－－读取02号从机的前8个线圈
十六进制 二进制
地址 0 2 0000 0010 功能码 0 1 0000 0001 起始地址高位 0 0 0000 0000 起始地址低位 0 0 0000 0000 单元数量 0 0
0000 0000 0 8
+
0000 1000
0000 1011 变成补码
1111 0101
错误校验
F 5 F 5 0000 0010 0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0000
0000 1000 接受PC 把所有收到的数据字节（包括最后的LRC ）加在一起，8位应全部为0（注意：和可能超过8位，应略去最低位） 错误校验
1111 0101
和
0000
0000
摘自：https://www.doczj.com/doc/0e4258107.html,
GB/T ××××—×××× 前言 -----------串行链路和TCP/IP上的MODBUS标准介绍 该标准包括两个通信规程中使用的MODBUS应用层协议和服务规范： ·串行链路上的MODBUS MODBUS串行链路取决于TIA/EIA标准：232-F和485-A。 ·TCP/IP上的MODBUS MODBUS TCP/IP取决于IETF标准：RFC793和RFC791有关。 串行链路和TCP/IP上的MODBUS是根据相应ISO层模型说明的两个通信规程。 下图强调指出了该标准的主要部分。绿色方框表示规范。灰色方框表示已有的国际标准（TIA/EIA和IETF标准）。 Modbus 协议规范 45页 MODBUS应用层MODBUS报文传输在TCP/IP 上的实现指南49页 在TCP/IP上的MODBUS映射 TCP IETF RFC 793 MODBUS报文IP IETF RFC 791 传输在串行链路 上的实现指南 45页 串行链路主站/从站以太网II/802.3 IEEE 802.2 TIA/EIA-232-F TIA/EI A-485-A 以太网物理层 MODBUS标准分为三部分。第一部分（“Modbus协议规范”）描述了MODBUS事物处理。第二部分（“MODBUS报文传输在TCP/IP上的实现指南”）提供了一个有助于开发者实现TCP/IP上的MODBUS应用层的参考信息。第三部分（“MODBUS报文传 输在串行链路上的实现指南”）提供了一个有助于开发者实现串行链路上的MODBUS 应用层的参考信息。
GB/T ××××—××××第一部分：Modbus协议 1
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1 . MODBUS 规约 MODBUS规约是MODICOM 公司开发的一个为很多厂商支持的开放规约 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。 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。 当在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。 标准的Modbus 口是使用RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号 位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem组网。 控制器通信使用主一从技术，即仅设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（区设备）根据主设备查询提供的数据做出相应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备:可编程控制器。 主设备可单独和从设备通信, 也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设住回消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus协议建立了匕 设备查询的格式:设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、错误检测域。 从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回 的数据、和错误检测域。如果在消息接收过程中发生错误，或从设备不能执行其 命令，从设备将建立错误消息并把它作为回应发送出去。 在其它网络上，控制器使用对等技术通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。 这样在单独的通信过程中，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。 在消息位，Modbus协议仍提供了主一从原则，尽管网络通信方法是“对等”。
MODBUS通讯协议说明 1、概述 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。 本文档通信协议说明详细地描述了MODBUS设备的输入和输出命令、信息和数据，以便第三方使用和开发。 1.1通信协议的作用 使信息和数据在上位机（主站）和MODBUS设备之间有效地传递，允许访问MODBUS设备的所有测量数据。 MODBUS设备可以实时采集现场各种数据值,具备一个RS485通讯口，能满足MODBUS监控系统的要求。 MODBUS设备通信协议采用MODBUS RTU协议,本协议规定了应用系统中主机与MODBUS 设备之间，在应用层的通信协议，它在应用系统中所处的位置如下图所示： 本协议所处的位置 从机: 1.2 物理接口： 连接上位机的主通信口，采用标准串行RS485通讯口，使用压接底座。 信息传输方式为异步方式，主要配置参数，一般默认：起始位1位，数据位8位，停止位1位，无校验，数据传输缺省速率为9600b/s 2、MODBU通信协议详述 2．1 协议基本规则 以下规则确定在回路控制器和其他串行通信回路中设备的通信规则。 1）所有回路通信应遵照主/从方式。在这种方式下，信息和数据在单个主站和从站（监控设备）之间传递。 2）主站将初始化和控制所有在通信回路上传递的信息。 3）无论如何都不能从一个从站开始通信。 4）所有环路上的通信都以“打包”方式发生。一个包裹就是一个简单的字符串（每个字符串8位），一个包裹中最多可含255个字节。组成这个包裹的字节构成标准异步串行数据，并按8位数据位，1位停止位，无校验位的方式传递。串行数据流由类似于RS232C中使用的设备产生。 5）所有回路上的传送均分为两种打包方式： A) 主/从传送 B) 从/主传送 6）若主站或任何从站接收到含有未知命令的包裹，则该包裹将被忽略，且接收站不予响应。
基于tcp/ip协议的modbus 业以太网与Modbus TCP/IP 一以太网的标准 以太网是一种局域网。早期标准为IEEE802.3，数据链路层使用CSMA/CD，10Mb/s 速度物理层有： (1)10Base5粗同轴电缆，RG-8，一段最长为500m； (2)10Base2细同轴电缆，RG-58，一段最长为185m； (3)10Base T双绞线，UTP或STP，一段最长为100m。 快速以太网为100Mb/s，标准为802.3a，介质为100Base Tx双绞线、100Base Fx光纤。 目前10/100M以太网使用最为普遍，很多企事业用户已实现100M到以太网桌面，确实体验到高速“冲浪”的快感，另外从距离而言，非屏蔽双绞线(UTP)为100m，多模光纤可达2～3km，单模光纤可大于100km。千兆以太网1000Mb/s为802.3z/802.3ab，万兆以太网10Gb/s 为802.3ae，将为新一轮以太网的发展带来新的机遇与冲击。 二工业以太网与商用以太网的区别 什么是工业以太网？技术上，它与IEEE802.3兼容，故从逻辑上可把商用网和工业网看成是一个以太网，而用户可根据现场情况，灵活装配自己的网络部件，但从工业环境的恶劣和抗干扰的要求，设计者希望采用市场上可找到的以太网芯片和媒介，兼顾考虑下述工业现场的特殊要求：首先要考虑高温、潮湿、振动；二是对工业抗电磁干扰和抗辐射有一定要求，如满足EN50081-2、EN50082-2标准，而办公室级别的产品未经这些工业标准测试，表1列出了一些常用工业标准。为改善抗干扰性和降低辐射，工业以太网产品多使用多层线路板或双面电路板，且外壳采用金属如铸铝屏蔽干扰；三是电源要求，因集线器、交换机、收发器多为有源部件，而现场电源的品质又较差，故常采用双路直流电或交流电为其供电，另外考虑方便安装，工业以太网产品多数使用DIN导轨或面板安装；四是通信介质选择，在办公室环境下多数配线使用UTP，而在工业环境下推荐用户使用STP(带屏蔽双绞线)和光纤。
MODBUS-TCP 协议 一以太网的标准 以太网是一种局域网。早期标准为IEEE 802.3，数据链路层使用CSMA/CD，10Mb/s 速度物理层有： (1)10 Base 5粗同轴电缆，RG-8，一段最长为500m； (2)10 Base 2细同轴电缆，RG-58，一段最长为185m； (3)10 Base T双绞线，UTP或STP，一段最长为100m。 快速以太网为100Mb/s，标准为802.3a，介质为100 Base Tx双绞线、100 Base Fx光纤。 目前10/100M以太网使用最为普遍，很多企事业用户已实现100M到以太网桌面，确实体验到高速“冲浪”的快感，另外从距离而言，非屏蔽双绞线(UTP)为100m，多模光纤可达2～3km，单模光纤可大于100km。千兆以太网1000Mb/s为802.3z/802.3ab，万兆以太网10Gb/s 为802.3ae，将为新一轮以太网的发展带来新的机遇与冲击。 二工业以太网与商用以太网的区别 什么是工业以太网？技术上，它与IEEE802.3兼容，故从逻辑上可把商用网和工业网看成是一个以太网，而用户可根据现场情况，灵活装配自己的网络部件，但从工业环境的恶劣和抗干扰的要求，设计者希望采用市场上可找到的以太网芯片和媒介，兼顾考虑下述工业现场的特殊要求：首先要考虑高温、潮湿、振动；二是对工业抗电磁干扰和抗辐射有一定要求，如满足EN50081-2、EN50082-2标准，而办公室级别的产品未经这些工业标准测试，表1列出了一些常用工业标准。为改善抗干扰性和降低辐射，工业以太网产品多使用多层线路板或双面电路板，且外壳采用金属如铸铝屏蔽干扰；三是电源要求，因集线器、交换机、收发器多为有源部件，而现场电源的品质又较差，故常采用双路直流电或交流电为其供电，另外考虑方便安装，工业以太网产品多数使用DIN导轨或面板安装；四是通信介质选择，在办公室环境下多数配线使用UTP，而在工业环境下推荐用户使用STP(带屏蔽双绞线)和光纤。 三TCP/IP 1. 为什么使用TCP/IP？ 最主要的一个原因在于它能使用在多种物理网络技术上，包括局域网和广域网技术。TCP/IP协议的成功很大程度上取决于它能适应几乎所有底层通信技术。 20世纪80年代初，先在X.25上运行TCP/IP协议；而后又在一个拨号语音网络(如电话系统)上使用TCP/IP协议，又有TCP/IP在令牌环网上运行成功；最后又实现了TCP/IP远程
目录 1、Modbus简介 (2) 1.1MODBUS功能码简述 (3) 1.2功能码说明 (4) 1.3寄存器种类说明 (5) 1.4 PLC地址和协议地址区别 (6) 1.4.1 寄存器PLC地址 (6) 1.4.2 寄存器协议地址 (6) 2.MODBUS指令说明 (6) 2.1 读线圈寄存器01H (6) 2.2 读离散输入寄存器02H (9) 2.3 读保持寄存器03H (11) 2.4 读输入寄存器04H (13) 2.5 写单个线圈寄存器05H (15) 2.6 写单个保持寄存器06H (17) 2.7 写多个线圈寄存器0FH (18) 2.8 写多个保持寄存器10H (21)
1、Modbus简介 Modbus是由Modicon(现为施耐德电气公司的一个品牌)在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。ModBus网络是一个工业通信系统，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。 ModBus网络只有一个主机，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，但实际所支持的从机数要由所用通信设备决定. Modbus比其他通信协议使用的更广泛的主要原因有： (1)标准、开放，用户可以免费、放心地使用Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。目前，支持Modbus的厂家超过400家，支持Modbus 的产品超过600种。 (2)Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。 (3)Modbus的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单。其传输模式有：RTU、ASSCII 、TCP
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。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１(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。
Modbus 协议简介 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。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。 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。 在Modbus网络上转输 标准的Modbus口是使用一RS-232兼容串行接口,它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem组网。 控制器通信使用主—从技术,即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。 主设备可单独和从设备通信,也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信,从设备返回一消息作为回应,如果是以广播方式查询的,则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。 从设备回应消息也由Modbus协议构成,包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误,或从设备不能执行其命令,从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。 在其它类型网络上转输 在其它网络上,控制器使用对等技术通信,故任何控制都能初始和
第一章 Modbus 协议 □ 介绍Modbus 协议介绍 □ 两种串行传输模式 □ 信息帧 □ 错误检查方法 Modbus 协议介绍 Modbus 可编程控制器之间可相互通讯，也可与不同网络上的其他设备进行通讯，支撑网络有Modicon 的Modbus 和Modbus+工业网络。网络信息存取可由控制器内置的端口，网络适配器以及Modicon 提供的模块选件和网关等设备实现，对OEM(机械设备制造商)来说，Modicon 可为合作伙伴提供现有的程序，可使Modbus+网络紧密地集成到他们的产品设计中去。 Modicon 的各种控制器使用的公共语言被称为 Modbus 协议，该协议定义了控制器能识别和使用的信息结构。当在Modbus 网络上进行通讯时，协议能使每一台控制器知道它本身的设备地址，并识别对它寻址的数据，决定应起作用的类型，取出包含在信息中的数据和资料等，控制器也可组织回答信息，并使用Modbus 协议将此信息传送出去。 在其他网络上使用时，数据包和数据帧中也包含着Modbus 协议。如，Modbus+或MAP 网络控制器中有相应的应用程序库和驱动程序，实现嵌入式Modbus 协议信息与此网络中用子节点设备间通讯的特殊信息帧的数据转换。 该转换也可扩展，处理节点地址，路由，和每一个特殊网络的错误检查方法。如包含在Modbus 协议中的设备地址，在信息发送前就转换成节点地址，错误检查区也用于数据包，与每个网络的协议一致，最后一点是需用Modbus 协议，写入嵌入的信息，定义应处理的动作。 图1说明了采用不同通讯技术的多层网络中设备的互连方法。在信息交换中，嵌入到每个网络数据包中的Modbus 协议，提 主处理器 4个Modus 设备或网络 编程器 编程器 (去MB+) S980(去MAP) AT/HC-984 和 HOST/MMHI AT/HC-984 HOST/MMHI 984A/B 和 S985
MODBUS 规约中文说明书1．MODBUS规约 MODBUS规约是MODICOM公司开发的一个为很多厂商支持的开放规约 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。 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。 当在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。 标准的Modbus口是使用RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem组网。 控制器通信使用主—从技术，即仅设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据做出相应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。 主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、错误检测域。 从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和错误检测域。如果在消息接收过程中发生错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立错误消息并把它作为回应发送出去。 在其它网络上，控制器使用对等技术通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。这样在单独的通信过程中，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。 在消息位，Modbus协议仍提供了主—从原则，尽管网络通信方法是“对等”。
网络由以下来定义： □拓扑（总线，令牌环，星形，树状，网状等等） □物理局限（长度，速率，用户数量，等等） □所采用的传输媒体（线缆，光缆，无线电波等） □网络接入类型（随机接入，主从站，带或不带故障管理的令牌环，等等） □传输模式（同步/异步，分组，串行/并行，NRZ/曼彻斯特编码，等） □协议（TCP/IP，FIP，MODBUS，等）。 系统 每秒钟的波特和比特数 当选用线缆时所要考虑的重要的参数是带宽。带宽与由波特表示的调制速率有关。 波特经常被错误的表示为每秒的比特数。 该参数对用户非常有用。两者容易混淆是由于它们的比价通常为1。 比价为2表示吞吐量是通讯速率的二倍。
结构体系 (以推荐的SubD9连接，波特率1200时最大长度3000米， 波特率9600时最大长度300米，总线拓扑。) （以SubD9或25pts 连接，波特率19200时最大长度15米。） （以推荐的SubD9连接，波特率19200时最大长度1200米。） （以推荐的SubD9连接，波特率19200时最大长度1200米，总线拓扑。） 拓扑 总线 环 星形 点对点
从电源电压（12V或24V）获得的20mA电流流经回路。对于正常线路（20mA：线路静止状态）连接每个站大约损失125V。 □从站的发送器通常和主站的接收器串行连接（正常 线路，20mA静止状态）： 主站从站从站从站 □从站的发送器能和主站的接收器并行连接。在此例 中，线路的静止状态是0mA： 主站从站从站从站
实际的DB25-DB25连接 定义：DTE（数据终端设备）表示终端或计算机。 定义：DCE（数据通讯设备）表示调制解调器（或打印机）。□用直接的PIN-TO-PIN电缆连接不同类型的设备（DTE-DCE）。 □用特殊电缆连接相同类型的设备： 2DTE-DTE，用NUL-调制解调器电缆， 2DCE-DCE，用NUL-终接电缆。 注意：术语“DCE”和“DTE”与连接器的类型和性别无关。 标准的RS232C不能明确定义连接器是插头型还是插座型。它的目的只是标准化其连接器针及所用电压的功能和用途。 定义：并行通讯是指8位二进制码元（1个字节）同时传输。字节中的8个比特同时送往通讯介质。 打印机通常用带有DB25连接器的并行电缆连接到计算机上。 并行电缆的最大长度是30米。并行电缆太长会使所传输的数据出错，这是由于电磁干扰和矩形波发生变形。（当为比特1或0时） 定义：串行通讯是指比特一个接一个传输。 该模式用于两个机器间的距离太远而不能用并行连接的情况。注意计算机和调制解调器以串行连接。制造商通常按照标准RS232-C来做。 推荐的串行电缆的最大长度是30米，如果考虑到标准 RS232-C所规定的电气特性，还可采用更长的电缆。
MODBUS 规约中文说明书 1．MODBUS规约 MODBUS规约是MODICOM公司开发的一个为很多厂商支持的开放规约 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。 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。 当在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。 标准的Modbus口是使用RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem组网。 控制器通信使用主—从技术，即仅设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据做出相应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。 主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、错误检测域。 从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和错误检测域。如果在消息接收过程中发生错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立错误消息并把它作为回应发送出去。 在其它网络上，控制器使用对等技术通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。这样在单独的通信过程中，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。 在消息位，Modbus协议仍提供了主—从原则，尽管网络通信方法是“对等”。如果控制器发送消息，它只是作为主设备，并期望从从设备得到回应。同样，当控制器接收到消息，它将建立一从设备回应格式并返回给发送的控制器。 .主设备查询 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的方法。 .从设备回应
MODBUS RTU详细解释 Modbus一个工业上常用的通讯协议、一种通讯约定。Modbus协议包括RTU、ASCII、TCP。其中MODBUS-RTU 最常用，比较简单，在单片机上很容易实现。虽然RTU比较简单，但是看协议资料、手册说得太专业了，起初很多内容都很难理解。 所谓的协议是什么？就是互相之间的约定嘛，如果不让别人知道那就是暗号。现在就来定义一个新的最简单协议。例如， 协议：“A”--“LED灭” “B”--“报警” “C”--“LED亮” 单片机接收到“A”控制一个LED灭，单片机接收到“B”控制报警，单片机接收到“A”控制一个LED亮。那么当收到对应的信息就执行相应的动作，这就是协议，很简单吧。 先来简单分析一条MODBUS-RTU报文，例如：0106000100179804 0106000100179804 从机地址功能号数据地址数据CRC校验 这一串数据的意思是：把数据0x0017(十进制23)写入1号从机地址0x0001数据地址。 先弄明白下面的东西。 1、报文 一个报文就是一帧数据，一个数据帧就一个报文：指的是一串完整的指令数据，就像上面的一串数据。 2、CRC校验 意义：例如上面的9804是它前面的数据（010*********）通过一算法（见附录2，很简单的）计算出来的结果，其实就像是计算累加和那样。（累加和：就是010*********加起来的值，然后它的算法就是加法）。 作用：在数据传输过程中可能数据会发生错误，CRC检验检测接收的数据是否正确。比如主机发出010600 010*******，那么从机接收到后要根据010*********再计算CRC校验值，从机判断自己计算出来的CRC校验是否与接收的CRC校验（9804主机计算的）相等，如果不相等那么说明数据传输有错误这些数据不能要。 3、功能号 意义：modbus定义。见附录1。 作用：指示具体的操作。 MODBUS-RTU 一、一个报文分析 先声明下我们的目的，我们是要两个设备通讯，用的是MODBUS协议。上面简单介绍了：“报文”“CRC校验”“功能号”。 在单片机中拿出一部分内存（RAM）进行两个设备通讯，例如：
第一部分：Modbus协议 1 引言 1.1 范围 MODBUS是OSI模型第7层上的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。 自从1979年出现工业串行链路的事实标准以来，MODBUS使成千上万的自动化设备能够通信。 目前，继续增加对简单而雅观的MODBUS结构支持。互联网组织能够使TCP/IP栈上的保留系统端口502访问MODBUS。 MODBUS是一个请求/应答协议，并且提供功能码规定的服务。MODBUS功能码是MODBUS 请求/应答PDU的元素。本文件的作用是描述MODBUS事务处理框架内使用的功能码。 1.2 规范性引用文件 1．RFC791，互联网协议，Sep81 DARPA 2．MODBUS协议参考指南Rev J,MODICON，1996年6月，doc#PI_MBUS_300 MODBUS是一项应用层报文传输协议，用于在通过不同类型的总线或网络连接的设备之间的客户机/服务器通信。 目前，使用下列情况实现MODBUS： 以太网上的TCP/IP。 各种媒体（有线：EIA/TIA-232-E、EIA-422、EIA/TIA-485-A；光纤、无线等等）上的异步串行传输。 MODBUS PLUS，一种高速令牌传递网络。 图1：MODBUS通信栈 2 缩略语 ADU 应用数据单元 2
HDLC 高级数据链路控制 HMI 人机界面 IETF 因特网工程工作组 I/O 输入/输出设备 IP 互连网协议 MAC 介质访问控制 MB MODBUS协议 MBAP MODBUS协议 PDU 协议数据单元 PLC 可编程逻辑控制器 TCP 传输控制协议 3 背景概要 MODBUS协议允许在各种网络体系结构内进行简单通信。 图2：MODBUS网络体系结构的实例 每种设备（PLC、HMI、控制面板、驱动程序、动作控制、输入/输出设备）都能使用MODBUS 协议来启动远程操作。 在基于串行链路和以太TCP/IP网络的MODBUS上可以进行相同通信。 一些网关允许在几种使用MODBUS协议的总线或网络之间进行通信。 4 总体描述 4.1 协议描述 MODBUS协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDU）。特定总线或网络上的MODBUS协议映射能够在应用数据单元（ADU）上引入一些附加域。 3
MODBUS 规约中文说明书 1． MODBUS规约 MODBUS规约是MODICOM公司开发的一个为很多厂商支持的开放规约 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。 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。 当在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。 标准的Modbus口是使用RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem组网。 控制器通信使用主—从技术，即仅设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据做出相应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。 主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、错误检测域。 从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和错误检测域。如果在消息接收过程中发生错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立错误消息并把它作为回应发送出去。 在其它网络上，控制器使用对等技术通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。这样在单独的通信过程中，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。 在消息位，Modbus协议仍提供了主—从原则，尽管网络通信方法是“对等”。如果控制器发送消息，它只是作为主设备，并期望从从设备得到回应。同样，当控制器接收到消息，它将建立一从设备回应格式并返回给发送的控制器。 .主设备查询 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的方法。 .从设备回应
Modbus通信协议 摘要：工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制，如今已进入网络时代，工业控制器连网也为网络管理提供了方便。Modbus就是工业控制器的网络协议中的一种。关键词：Modbus协议；串行通信；LRC校验；CRC校验；RS-232C 一、Modbus 协议简介 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。 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。 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。 1、在Modbus网络上转输 标准的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口 的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或 经由Modem组网。 控制器通信使用主—从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输 （查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相 应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编 程控制器。 主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。 如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查 询的，则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询的格式：设 备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。 从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何 要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错 误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作 为回应发送出去。