ModbusTCP協定學習
文章目錄
- ModbusTCP協定學習
- 1、簡介
- 2、ModbusTCP資料幀
- 2.1、封包頭MBAP
- 2.2、幀結構PDU
- 2.2.1、功能碼
- 2.2.2、PDU詳細結構
- 3、ModbusTCP通信
- 3.1、通信方式
- 3.2、在linux下使用modbusTCP連接配接
- 4、Modbus poll / Modbus slave
1、簡介
modbus由MODICON公司于1979年開發,是一種工業現場總線協定标準。1996年施耐德公司推出基于以太網TCP/IP的modbus協定:modbusTCP。
Modbus協定是一項應用層封包傳輸協定,包括ASCII、RTU、TCP三種封包類型。
标準的Modbus協定實體層接口有RS232、RS422、RS485和以太網接口,采用master/slave方式通信。
2、ModbusTCP資料幀
ModbusTCP的資料幀可分為兩部分:MBAP+PDU。
2.1、封包頭MBAP
MBAP為封包頭,長度為7位元組,組成如下:
事務處理辨別 | 協定辨別 | 長度 | 單元辨別符 |
2位元組 | 2位元組 | 2位元組 | 1位元組 |
事務處理辨別:可以了解為封包的序列号,一般每次通信之後就要加1以差別不同的通信資料封包。
協定辨別符 :00 00表示ModbusTCP協定。
長度 :表示接下來的資料長度,機關為位元組。
單元辨別符 :可以了解為裝置位址。
2.2、幀結構PDU
PDU由功能碼+資料組成。功能碼為1位元組,資料長度不定,由具體功能決定。
2.2.1、功能碼
modbus的操作對象有四種:線圈、離散輸入、輸入寄存器、保持寄存器。
- 線圈:PLC的輸出位,開關量,在MODBUS中可讀可寫
- 離散量:PLC的輸入位,開關量,在MODBUS中隻讀
- 輸入寄存器:PLC中隻能從模拟量輸入端改變的寄存器,在MODBUS中隻讀
- 保持寄存器:PLC中用于輸出模拟量信号的寄存器,在MODBUS中可讀可寫
根據對象的不同,modbus的功能碼有:
- 0x01:讀線圈
- 0x05:寫單個線圈
- 0x0F:寫多個線圈
- 0x02:讀離散量輸入
- 0x04:讀輸入寄存器
- 0x03:讀保持寄存器
- 0x06:寫單個保持寄存器
- 0x10:寫多個保持寄存器
2.2.2、PDU詳細結構
0x01:讀線圈
在從站中讀1~2000個連續線圈狀态,ON=1,OFF=0
- 請求:MBAP 功能碼 起始位址H 起始位址L 數量H 數量L(共12位元組)
- 響應:MBAP 功能碼 資料長度 資料(一個位址的資料為1位)
-
如:在從站0x01中,讀取開始位址為0x0002的線圈資料,讀0x0008位
00 01 00 00 00 06 01 01 00 02 00 08
-
回:資料長度為0x01個位元組,資料為0x01,第一個線圈為ON,其餘為OFF
00 01 00 00 00 04 01 01 01 01
0x05:寫單個線圈
将從站中的一個輸出寫成ON或OFF,0xFF00請求輸出為ON,0x000請求輸出為OFF
- 請求:MBAP 功能碼 輸出位址H 輸出位址L 輸出值H 輸出值L(共12位元組)
- 響應:MBAP 功能碼 輸出位址H 輸出位址L 輸出值H 輸出值L(共12位元組)
-
如:将位址為0x0003的線圈設為ON
00 01 00 00 00 06 01 05 00 03 FF 00
-
回:寫入成功
00 01 00 00 00 06 01 05 00 03 FF 00
0x0F:寫多個線圈
将一個從站中的一個線圈序列的每個線圈都強制為ON或OFF,資料域中置1的位請求相應輸出位ON,置0的位請求響應輸出為OFF
- 請求:MBAP 功能碼 起始位址H 起始位址L 輸出數量H 輸出數量L 位元組長度 輸出值H 輸出值L
- 響應:MBAP 功能碼 起始位址H 起始位址L 輸出數量H 輸出數量L
0x02:讀離散量輸入
從一個從站中讀1~2000個連續的離散量輸入狀态
- 請求:MBAP 功能碼 起始位址H 起始位址L 數量H 數量L(共12位元組)
- 響應:MBAP 功能碼 資料長度 資料(長度:9+ceil(數量/8))
-
如:從位址0x0000開始讀0x0012個離散量輸入
00 01 00 00 00 06 01 02 00 00 00 12
-
回:資料長度為0x03個位元組,資料為0x01 04 00,表示第一個離散量輸入和第11個離散量輸入為ON,其餘為OFF
00 01 00 00 00 06 01 02 03 01 04 00
0x04:讀輸入寄存器
從一個遠端裝置中讀1~2000個連續輸入寄存器
- 請求:MBAP 功能碼 起始位址H 起始位址L 寄存器數量H 寄存器數量L(共12位元組)
- 響應:MBAP 功能碼 資料長度 寄存器資料(長度:9+寄存器數量×2)
-
如:讀起始位址為0x0002,數量為0x0005的寄存器資料
00 01 00 00 00 06 01 04 00 02 00 05
-
回:資料長度為0x0A,第一個寄存器的資料為0x0c,其餘為0x00
00 01 00 00 00 0D 01 04 0A 00 0C 00 00 00 00 00 00 00 00
0x03:讀保持寄存器
從遠端裝置中讀保持寄存器連續塊的内容
- 請求:MBAP 功能碼 起始位址H 起始位址L 寄存器數量H 寄存器數量L(共12位元組)
- 響應:MBAP 功能碼 資料長度 寄存器資料(長度:9+寄存器數量×2)
-
如:起始位址是0x0000,寄存器數量是 0x0003
00 01 00 00 00 06 01 03 00 00 00 03
-
回:資料長度為0x06,第一個寄存器的資料為0x21,其餘為0x00
00 01 00 00 00 09 01 03 06 00 21 00 00 00 00
0x06:寫單個保持寄存器
在一個遠端裝置中寫一個保持寄存器
- 請求:MBAP 功能碼 寄存器位址H 寄存器位址L 寄存器值H 寄存器值L(共12位元組)
- 響應:MBAP 功能碼 寄存器位址H 寄存器位址L 寄存器值H 寄存器值L(共12位元組)
-
如:向位址是0x0000的寄存器寫入資料0x000A
00 01 00 00 00 06 01 06 00 00 00 0A
-
回:寫入成功
00 01 00 00 00 06 01 06 00 00 00 0A
0x10:寫多個保持寄存器
在一個遠端裝置中寫連續寄存器塊(1~123個寄存器)
- 請求:MBAP 功能碼 起始位址H 起始位址L 寄存器數量H 寄存器數量L 位元組長度 寄存器值(13+寄存器數量×2)
- 響應:MBAP 功能碼 起始位址H 起始位址L 寄存器數量H 寄存器數量L(共12位元組)
-
如:向起始位址為0x0000,數量為0x0001的寄存器寫入資料,資料長度為0x02,資料為0x000F
00 01 00 00 00 09 01 10 00 00 00 01 02 00 0F
-
回:寫入成功
00 01 00 00 00 06 01 10 00 00 00 01
3、ModbusTCP通信
3.1、通信方式
modbus裝置可分為主站(poll)和從站(slave)。主站隻有一個,從站有多個,主站向各從站發送請求幀,從站給予響應。在使用TCP通信時,主站為client端,主動建立連接配接;從站為server端,等待連接配接。
- 主站請求:功能碼+資料
- 從站正常響應:請求功能碼+響應資料
- 從站異常響應:異常功能碼+異常碼,其中異常功能碼即将請求功能碼的最高有效位置1,異常碼訓示差錯類型
- 注意:需要逾時管理機制,避免無期限的等待可能不出現的應答
3.2、在linux下使用modbusTCP連接配接
IANA(Internet Assigned Numbers Authority,網際網路編号配置設定管理機構)給Modbus協定賦予TCP端口号為502,這是目前在儀表與自動化行業中唯一配置設定到的端口号。
通信過程:
1.connect 建立TCP連接配接
2.準備modbus封包
3.使用send指令發送封包
4.在同一連接配接下等待應答
5.使用recv指令讀取封包,完成一次資料交換
6.通信任務結束時,關閉TCP連接配接
4、Modbus poll / Modbus slave
modbus poll 和modbus slave是一組modbus仿真軟體,可以實作modbus RTU、TCP、序列槽仿真等。
在modbusTCP中,modbus poll 作為用戶端請求資料,modbus slave 作為伺服器端處理請求。
使用c語言編寫用戶端連接配接modbus slave時,注意資料格式,一條指令一次性發出,否則連接配接會出錯。
- slave ID:從站編号(事務辨別符)
- function:功能碼,0x01對應線圈操作,0x02對應離散量操作,0x03對應保持寄存器操作,0x04對應輸入寄存器操作
- address:開始位址
- quantity:寄存器/線圈/離散量 的數量