modbus协议解析.docx
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modbus协议解析
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
图1modbus结构示意图
1.1MODBUS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。
表1.1MODBUS部分功能码
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
1.2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。
1.2寄存器地址分配
表1.2MODBUS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
01H05H0FH
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
03H06H0FH
保持寄存器
可读可写
1.3寄存器种类说明
表1.3MODBUS寄存器种类说明
寄存器种类
说明
PLC类比
举例说明
线圈
状态
输出端口。
可设定端口的输出状态，也可以读取该位的输出状态。
可分为两种不同的执行状态，例如保持型或边沿触发型。
DO
数字量输出
电磁阀输出，MOSFET输出，LED显示等。
离散
输入状态
输入端口。
通过外部设定改变输入状态，可读但不可写。
DI
数字量输入
拨码开关，接近开关等。
保持
寄存器
输出参数或保持参数，控制器运行时被设定的某些参数。
可读可写。
AO
模拟量输出
模拟量输出设定值，PID运行参数，变量阀输出大小，传感器报警上限下限。
输入
寄存器
输入参数。
控制器运行时从外部设备获得的参数。
可读但不可写。
AI
模拟量输入
模拟量输入
1.4PLC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。
1.4.1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。
1.4.2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。
2.MODBUS指令说明
2.1读线圈寄存器01H
1）描述：
读MODBUS从机线圈寄存器当前状态。
2）查询：
例如从机地址为11H，线圈寄存器的起始地址为0013H，结束地址为0037H。
该次查询总共访问37个线圈寄存器。
表2.1.1读线圈寄存器－查询
Hex
从机地址
11
功能码
01
寄存器起始地址高字节
00
寄存器起始地址低字节
13
寄存器数量高字节
00
寄存器数量低字节
25
CRC校验高字节
0E
CRC校验低字节
84
3）响应
响应负载中的各线圈状态与数据容每位相对应。
1代表ON，0代表OFF。
若返回的线圈数不为8的倍数，则在最后数据字节未尾使用0代替。
表2.1.2读线圈寄存器－响应
Hex
从机地址
11
功能码
01
返回字节数
05
数据1（线圈0013H-线圈001AH）
CD
数据2（线圈001BH-线圈0022H）
6B
数据3（线圈0023H-线圈002AH）
B2
数据4（线圈0032H-线圈002BH）
0E
数据5（线圈0037H-线圈0033H）
1B
CRC校验高字节
45
CRC校验低字节
E6
线圈0013H到线圈001AH的状态为CDH，二进制值为11001101，该字节的最高字节为线圈001AH，最低字节为线圈0013H。
线圈001AH到线圈0013H的状态分别为ON-ON-OFF-OFF-ON-ON-OFF-ON。
表2.1.3线圈0013H到001A状态
001AH
0019H
0018H
0017H
0016H
0015H
0014H
0013H
ON
ON
OFF
OFF
ON
ON
OFF
ON
最后一个数据字节中，线圈0033H到线圈0037状态为1BH（二进制00011011），线圈0037H是左数第4位，线圈0033H为该字节的最低字节，线圈0037H至线圈0033H的状态分别为ON-ON-OFF-ON-ON，剩余3位使用0填充。
表2.1.4线圈0033H到线圈0037状态
003AH
0039H
0038H
0037H
0036H
0035H
0034H
0033H
填充
填充
填充
ON
ON
OFF
ON
ON
2.2读离散输入寄存器02H
1）说明
读离散输入寄存器状态。
2）查询
从机地址为11H。
离散输入寄存器的起始地址为00C4H，结束寄存器地址为00D9H。
总共访问32个离散输入寄存器。
表2.2.1读离散输入寄存器——查询
Hex
从机地址
11
功能码
02
寄存器地址高字节
00
寄存器地址低字节
C4
寄存器数量高字节
00
寄存器数量低字节
16
CRC校验高字节
BA
CRC校验低字节
A9
3）响应
响应各离散输入寄存器状态，分别对应数据区中的每位值，1代表ON；0代表OFF。
第一个数据字节的LSB（最低字节）为查询的寻址地址，其他输入口按顺序在该字节中由低字节向高字节排列，直到填充满8位。
下一个字节中的8个输入位也是从低字节到高字节排列。
若返回的输入位数不是8的倍数，则在最后的数据字节中的剩余位至该字节的最高位使用0填充。
表2.2.1读输入寄存器－响应
Hex
从机地址
11
功能码
02
返回字节数
03
数据1（00C4H-00CBH）
AC
数据2（00CCH-00D3H）
DB
数据3（00D4H-00D9H）
35
CRC校验高字节
20
CRC校验低字节
18
离散输入寄存器00D4H到00D9H的状态为35H（二进制00110101）。
输入寄存器00D9H为左数第3位，输入寄存器00D4为最低位，输入寄存器00D9H到00D4H的状态分别为ON-ON-OFF-ON-OFF-ON。
00DBH寄存器和00DAH寄存器被0填充。
表2.2.2离散输入寄存器00C4H到00DBH状态
00CBH
00CAH
00C9H
00C8H
00C7H
00C6H
00C5H
00C4H
0
0
1
1
0
1
0
1
00D3H
00D2H
00D1H
00D0H
00CFH
00CEH
00CDH
00CCH
1
1
1
0
1
0
1
1
00DBH
00DAH
00D9H
00D8H
00D7H
00D6H
00D5H
00D4H
填充
填充
1
1
0
1
0
1
2.3读保持寄存器03H
1）说明
读保持寄存器。
可读取单个或多个保持寄存器。
2）查询
从机地址为11H。
保持寄存器的起始地址为006BH，结束地址为006DH。
该次查询总共访问3个保持寄存器。
表2.3.1读保持寄存器-查询
Hex
从机地址
11
功能码
03
寄存器地址高字节
00
寄存器地址低字节
6B
寄存器数量高字节
00
寄存器数量低字节
03
CRC高字节
76
CRC低字节
87
3）响应
保持寄存器的长度为2个字节。
对于单个保持寄存器而言，寄存器高字节数据先被传输，低字节数据后被传输。
保持寄存器之间，低地址寄存器先被传输，高地址寄存器后被传输。
表2.3.2读保持寄存器-响应
Hex
从机地址
11
功能码
03
字节数
06
数据1高字节（006BH）
00
数据1低字节（006BH）
6B
数据2高字节（006CH）
00
数据2低字节（006CH）
13
数据3高字节（006DH）
00
数据3低字节（006DH）
00
CRC高字节
38
CRC低字节
B9
表2.3.3保持寄存器006BH到006DH结果
006BH
高字节
006BH
低字节
006CH
高字节
006CH
低字节
006DH
高字节
006DH
低字节
00
6B
00
13
00
00
2.4读输入寄存器04H
1）说明
读输入寄存器命令。
该命令支持单个寄存器访问也支持多个寄存器访问。
2）查询
从机地址为11H。
输入寄存器的起始地址为0008H，寄存器的结束地址为0009H。
本次访问访问2个输入寄存器。
表2.4.1读输入寄存器-查询
Hex格式
从机地址
11
功能码
04
寄存器起始地址高字节
00
寄存器起始地址低字节
08
寄存器个数高字节
00
寄存器个数低字节
02
CRC高字节
F2
CRC低字节
99
3）响应
输入寄存器长度为2个字节。
对于单个输入寄存器而言，寄存器高字节数据先被传输，低字节数据后被传输。
输入寄存器之间，低地址寄存器先被传输，高地址寄存器后被传输。
表2.4.2读寄存器-响应
Hex格式
从机地址
11
功能码
04
字节数
04
数据1高字节（0008H）
00
数据1低字节（0008H）
0A
数据2高字节（0009H）
00
数据2低字节（0009H）
0B
CRC高字节
8B
CRC低字节
80
表2.4.3输入寄存器0008H到0009H结果
006BH
高字节
006BH
低字节
006CH
高字节
006CH
低字节
00
0A
00
0B
2.5写单个线圈寄存器05H
1）说明
写单个线圈寄存器。
FF00H值请求线圈处于ON状态，0000H值请求线圈处于OFF状态。
05H指令设置单个线圈的状态，15H指令可以设置多个线圈的状态，两个指令虽然都设定线圈的ON/OFF状态，但是ON/OFF的表达方式却不同。
2）查询
从机地址为11H，线圈寄存器的地址为00ACH。
使00ACH线圈处于ON状态，即数据容为FF00H。
表2.5.1写单个线圈-查询
Hex
从机地址
11
功能码
05
寄存器地址高字节
00
寄存器地址低字节
AC
数据1高字节
FF
数据2低字节
00
CRC校验高字节
4E
CRC校验低字节
8B
3）响应
2.5.1强制单个线圈——响应
Hex
从机地址
11
功能码
05
寄存器地址高字节
00
寄存器地址低字节
AC
寄存器1高字节
FF
寄存器1低字节
00
CRC校验高字节
4E
CRC校验低字节
8B
2.6写单个保持寄存器06H
1）说明
写保持寄存器。
注意06指令只能操作单个保持寄存器，16指令可以设置单个或多个保持寄存器。
2）查询
从机地址为11H。
保持寄存器地址为0001H。
寄存器容为0003H。
表2.6.1写单个保持寄存器——查询
Hex
从机地址
11
功能码
06
寄存器地址高字节
00
寄存器地址低字节
01
数据1高字节
00
数据1低字节
01
CRC校验高字节
9A
CRC校验低字节
9B
3）响应
表2.6.2写单个保持寄存器——响应
Hex
从机地址
11
功能码
06
寄存器地址高字节
00
寄存器地址低字节
01
寄存器数量高字节
00
寄存器数量低字节
01
CRC校验高字节
1B
CRC校验低字节
5A
2.7写多个线圈寄存器0FH
1）说明
写多个线圈寄存器。
若数据区的某位值为“1”表示被请求的相应线圈状态为ON，若某位值为“0”，则为状态为OFF。
2）查询
从机地址为11H，线圈寄存器的起始地址为0013H，线圈寄存器的结束地址为001CH。
总共访问10个寄存器。
寄存器容如下表所示。
表2.7.1线圈寄存器0013H到001CH
001AH
0019H
0018H
0017H
0016H
0015H
0014H
0013H
1
1
0
0
1
1
0
1
0022H
0021H
0020H
001FH
001EH
001DH
001CH
001BH
0
0
0
0
0
0
0
1
传输的第一个字节CDH对应线圈为0013H到001AH，LSB（最低位）对应线圈0013H，传输第二个字节为01H，对应的线圈为001BH到001CH，LSB对应线圈001CH，其余未使用位使用0填充。
表2.7.1写多个线圈寄存器——查询
Hex
从机地址
11
功能码
0F
寄存器地址高字节
00
寄存器地址低字节
13
寄存器数量高字节
00
寄存器数量低字节
0A
字节数
02
数据1（0013H-001AH）
CD
数据2（001BH-001CH）
01
CRC校验高字节
BF
CRC校验低字节
0B
3）响应
表2.7.1写多个线圈寄存器——响应
Hex
从机地址
11
功能码
0F
寄存器地址高字节
00
寄存器地址低字节
13
寄存器数量高字节
00
寄存器数量低字节
0A
字节数
02
CRC校验高字节
99
CRC校验低字节
1B
2.8写多个保持寄存器10H
1）说明
写多个保持寄存器。
2）查询
从机地址为11H。
保持寄存器的其实地址为0001H，寄存器的结束地址为0002H。
总共访问2个寄存器。
保持寄存器0001H的容为000AH，保持寄存器0002H的容为0102H。
表2.8.1写多个保持寄存器——请求
Hex
从机地址
11
功能码
10
寄存器起始地址高字节
00
寄存器起始地址低字节
01
寄存器数量高字节
00
寄存器数量低字节
02
字节数
04
数据1高字节
00
数据1低字节
0A
数据2高字节
01
数据2低字节
02
CRC校验高字节
C6
CRC校验低字节
F0
表2.8.2保持寄存器0001H到0002H容
地址
0001H高字节
0001H低字节
0002H高字节
0003H低字节
数值
00
0A
01
12
3）响应
表2.8.3写多个保持寄存器——响应
Hex
从机地址
11
功能码
10
寄存器起始地址高字节
00
寄存器起始地址低字节
01
寄存器数量高字节
00
寄存器数量低字节
02
CRC校验高字节
12
CRC校验低字节
98
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