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一文详解ModbusTCP协议

jf_kBxdsOIg 来源:你身边的机器人专家 2023-07-26 10:51 次阅读

【导读】【视频+图文】详解ModbusTCP协议。

概述

Modbus由MODICON公司于1979年开发,是一种工业现场总线协议标准。1996年施耐德公司推出基于以太网TCP/IP的Modbus协议:ModbusTCP。Modbus协议是一项应用层报文传输协议,包括ASCII、RTU、TCP三种报文类型。标准的Modbus协议物理层接口RS232RS422RS485和以太网接口,采用master/slave方式通信

Modbus TCP数据帧

ModbusTCP的数据帧可分为两部分:MBAP+PDU。

(一)报文头MBAP :MBAP为报文头,长度为7字节,组成如下:

wKgaomTAikuAay-WAAA6iv50Mk0073.png

wKgaomTAikuAZHcLAADeFtD4FqI415.png

(二)帧结构PDU :PDU由功能码+数据组成。功能码为1字节,数据长度不定,由具体功能决定。

(1)功能码: Modbus的操作对象有四种:线圈、离散输入、保持寄存器、输入寄存器。

wKgZomTAikuADSp8AADdccs1D64082.png

(2)根据对象的不同,Modbus的功能码有:

wKgaomTAikuAIfWvAADLz5SiS6s984.png

(3)说明更详细的表:

wKgZomTAikuAAaH9AAEodLnJQrU552.png

PDU详细结构

(1)0x01:读线圈: 在从站中读1~2000个连续线圈状态,ON=1,OFF=0

请求:MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 数量H 数量L(共12字节)

响应:MBAP 功能码 数据长度 数据(一个地址的数据为1位)

如:在从站0x01中,读取开始地址为0x0002的线圈数据,读0x0008位

00 01 00 00 00 06 01 01 00 02 00 08

回:数据长度为0x01个字节,数据为0x01,第一个线圈为ON,其余为OFF

00 01 00 00 00 04 01 01 01 01

(2)0x05:写单个线圈: 将从站中的一个输出写成ON或OFF,0xFF00请求输出为ON,0x000请求输出为OFF。

请求:MBAP 功能码 输出地址H 输出地址L 输出值H 输出值L(共12字节)

响应:MBAP 功能码 输出地址H 输出地址L 输出值H 输出值L(共12字节)

如:将地址为0x0003的线圈设为ON

00 01 00 00 00 06 01 05 00 03 FF 00

回:写入成功

00 01 00 00 00 06 01 05 00 03 FF 00

(3)0x0F:写多个线圈: 将一个从站中的一个线圈序列的每个线圈都强制为ON或OFF,数据域中置1的位请求相应输出位ON,置0的位请求响应输出为OFF。

请求:MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 输出数量H 输出数量L 字节长度 输出值H 输出值L

响应:MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 输出数量H 输出数量L

(4)0x02:读离散量输入: 从一个从站中读1~2000个连续的离散量输入状态。

请求:MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 数量H 数量L(共12字节)

响应:MBAP 功能码 数据长度 数据(长度:9+ceil(数量/8))

如:从地址0x0000开始读0x0012个离散量输入

00 01 00 00 00 06 01 02 00 00 00 12

回:数据长度为0x03个字节,数据为0x01 04 00,表示第一个离散量输入和第11个离散量输入为ON,其余为OFF

00 01 00 00 00 06 01 02 03 01 04 00

(5)0x04:读输入寄存器: 从一个远程设备中读1~2000个连续输入寄存器。

请求:MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 寄存器数量H 寄存器数量L(共12字节)

响应:MBAP 功能码 数据长度 寄存器数据(长度:9+寄存器数量×2)

如:读起始地址为0x0002,数量为0x0005的寄存器数据

00 01 00 00 00 06 01 04 00 02 00 05

回:数据长度为0x0A,第一个寄存器的数据为0x0c,其余为0x00

00 01 00 00 00 0D 01 04 0A 00 0C 00 00 00 00 00 00 00 00

(6)0x03:读保持寄存器: 从远程设备中读保持寄存器连续块的内容。

请求:MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 寄存器数量H 寄存器数量L(共12字节)

响应:MBAP 功能码 数据长度 寄存器数据(长度:9+寄存器数量×2)

如:起始地址是0x0000,寄存器数量是 0x0003

00 01 00 00 00 06 01 03 00 00 00 03

回:数据长度为0x06,第一个寄存器的数据为0x21,其余为0x00

00 01 00 00 00 09 01 03 06 00 21 00 00 00 00

(7)0x06:写单个保持寄存器: 在一个远程设备中写一个保持寄存器。

请求:MBAP 功能码 寄存器地址H 寄存器地址L 寄存器值H 寄存器值L(共12字节)

响应:MBAP 功能码 寄存器地址H 寄存器地址L 寄存器值H 寄存器值L(共12字节)

如:向地址是0x0000的寄存器写入数据0x000A

00 01 00 00 00 06 01 06 00 00 00 0A

回:写入成功

00 01 00 00 00 06 01 06 00 00 00 0A

(8)0x10:写多个保持寄存器: 在一个远程设备中写连续寄存器块(1~123个寄存器)。

请求:MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 寄存器数量H 寄存器数量L 字节长度 寄存器值(13+寄存器数量×2)

响应:MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 寄存器数量H 寄存器数量L(共12字节)

如:向起始地址为0x0000,数量为0x0001的寄存器写入数据,数据长度为0x02,数据为0x000F

00 01 00 00 00 09 01 10 00 00 00 01 02 00 0F

回:写入成功

00 01 00 00 00 06 01 10 00 00 00 01

Modbus TCP示例报文

ModBusTcp与串行链路Modbus的数据域是一致的,具体数据域可以参考串行Modbus。这里给出几个ModbusTcp的链路解析说明,辅助新人分析报文。

wKgZomTAikuAN83sAAC9zYML8C0554.jpg

wKgZomTAikuAahEOAAFDB3K5uKQ186.jpg

wKgaomTAikuAZp0YAADB59_FTwA776.jpg

wKgZomTAikuATDepAAC7-4oLw5A286.jpg

Modbus TCP通信

(一)通信方式

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

主站请求:功能码+数据

从站正常响应:请求功能码+响应数据

从站异常响应:异常功能码+异常码,其中异常功能码即将请求功能码的最高有效位置1,异常码指示差错类型

需要超时管理机制,避免无期限的等待可能不出现的应答

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

(二)通信过程

connect 建立TCP连接

准备Modbus报文

使用send命令发送报文

在同一连接下等待应答

使用recv命令读取报文,完成一次数据交换

通信任务结束时,关闭TCP连接

仿真软件

Modbus poll 和Modbus slave是一组Modbus仿真软件,可以实现Modbus RTU、TCP、串口仿真等。

仿真软件网址:https://modbustools.com/download.html

在ModbusTCP中,Modbus poll 作为客户端请求数据,Modbus slave 作为服务器端处理请求。

使用c语言编写客户端连接Modbus slave时,注意数据格式,一条指令一次性发出,否则连接会出错。

使用软件时,需要指定功能码,在setup->slave definition或者poll definition中进行设置。

– slave ID:从站编号(事务标识符)

– function:功能码,0x01对应线圈操作,0x02对应离散量操作,0x03对应保持寄存器操作,0x04对应输入寄存器操作

– address:开始地址

– quantity:寄存器/线圈/离散量 的数量

审核编辑:汤梓红

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原文标题:【干货】ModbusTCP协议详解

文章出处:【微信号:你身边的机器人专家,微信公众号:你身边的机器人专家】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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