什么是ModBusRTU通訊協議？

什么是ModBusRTU通訊協議

Modbus協議最初由Modicon公司開發出來，在1979年末該公司成為施耐德自動化(Schneider Automation)部門的一部分，現在Modbus已經是工業領域全球最流行的協議。此協議支持傳統的RS-232、RS-422、RS-485和以太網設備。許多工業設備，包括PLC，DCS，智能儀表等都在使用Modbus協議作為他們之間的通訊標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控。

當在網絡上通信時，Modbus協議決定了每個控制器須要知道它們的設備地址，識別按地址發來的消息，決定要產生何種行動。如果需要回應，控制器將生成應答并使用Modbus協議發送給詢問方。

Modbus協議包括ASCII、RTU、TCP等，并沒有規定物理層。此協議定義了控制器能夠認識和使用的消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信的。標準的Modicon控制器使用RS232C實現串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU協議規定了消息、數據的結構、命令和就答的方式，數據通訊采用Maser/Slave方式，Master端發出數據請求消息，Slave端接收到正確消息后就可以發送數據到Master端以響應請求；Master端也可以直接發消息修改Slave端的數據，實現雙向讀寫。

Modbus協議需要對數據進行校驗，串行協議中除有奇偶校驗外，ASCII模式采用LRC校驗，RTU模式采用16位CRC校驗，但TCP模式沒有額外規定校驗，因為TCP協議是一個面向連接的可靠協議。另外，Modbus采用主從方式定時收發數據，在實際使用中如果某Slave站點斷開后（如故障或關機），Master端可以診斷出來，而當故障修復后，網絡又可自動接通。因此，Modbus協議的可靠性較好。

對于Modbus的ASCII、RTU和TCP協議來說，其中TCP和RTU協議非常類似，我們只要把RTU協議的兩個字節的校驗碼去掉，然后在RTU協議的開始加上5個0和一個6并通過TCP/IP網絡協議發送出去即可。

（一）、通訊傳送方式：

通訊傳送分為獨立的信息頭，和發送的編碼數據。以下的通訊傳送方式定義也與ModBusRTU通訊規約相兼容：

初始結構 = ≥4字節的時間

地址碼 = 1 字節

功能碼 = 1 字節

數據區 = N 字節

錯誤校檢 = 16位CRC碼

結束結構 = ≥4字節的時間

地址碼：地址碼為通訊傳送的第一個字節。這個字節表明由用戶設定地址碼的從機將接收由主機發送來的信息。并且每個從機都有具有唯一的地址碼，并且響應回送均以各自的地址碼開始。主機發送的地址碼表明將發送到的從機地址，而從機發送的地址碼表明回送的從機地址。

功能碼：通訊傳送的第二個字節。ModBus通訊規約定義功能號為1到127。本儀表只利用其中的一部分功能碼。作為主機請求發送，通過功能碼告訴從機執行什么動作。作為從機響應，從機發送的功能碼與從主機發送來的功能碼一樣，并表明從機已響應主機進行操作。如果從機發送的功能碼的最高位為１(比如功能碼大與此同時127)，則表明從機沒有響應操作或發送出錯。

數據區：數據區是根據不同的功能碼而不同。數據區可以是實際數值、設置點、主機發送給從機或從機發送給主機的地址。

CRC碼：二字節的錯誤檢測碼。

（二）、通訊規約：

當通訊命令發送至儀器時，符合相應地址碼的設備接通訊命令，并除去地址碼，讀取信息，如果沒有出錯，則執行相應的任務；然后把執行結果返送給發送者。返送的信息中包括地址碼、執行動作的功能碼、執行動作后結果的數據以及錯誤校驗碼。如果出錯就不發送任何信息。

1．信息幀結構

地址碼 功能碼 數據區 錯誤校驗碼

8位 8位 N × 8位 16位

地址碼：地址碼是信息幀的第一字節(8位)，從0到255。這個字節表明由用戶設置地址的從機將接收由主機發送來的信息。每個從機都必須有唯一的地址碼，并且只有符合地址碼的從機才能響應回送。當從機回送信息時，相當的地址碼表明該信息來自于何處。

功能碼：主機發送的功能碼告訴從機執行什么任務。表1-1列出的功能碼都有具體的含義及操作。

數據區：數據區包含需要從機執行什么動作或由從機采集的返送信息。這些信息可以是數值、參考地址等等。例如，功能碼告訴從機讀取寄存器的值，則數據區必需包含要讀取寄存器的起始地址及讀取長度。對于不同的從機，地址和數據信息都不相同。

錯誤校驗碼：主機或從機可用校驗碼進行判別接收信息是否出錯。有時，由于電子噪聲或其它一些干擾，信息在傳輸過程中會發生細微的變化，錯誤校驗碼保證了主機或從機對在傳送過程中出錯的信息不起作用。這樣增加了系統的安全和效率。錯誤校驗采用CRC-16校驗方法。

注：信息幀的格式都基本相同：地址碼、功能碼、數據區和錯誤校驗碼。

2．錯誤校驗

冗余循環碼（CRC）包含2個字節，即16位二進制。CRC碼由發送設備計算，放置于發送信息的尾部。接收信息的設備再重新計算接收到信息的 CRC碼，比較計算得到的CRC碼是否與接收到的相符，如果兩者不相符，則表明出錯。

（三）、Modbus支持的功能碼：

功能碼 名稱 作用

01 讀取線圈狀態 取得一組邏輯線圈的當前狀態（ON/OFF)

02 讀取輸入狀態 取得一組開關輸入的當前狀態（ON/OFF)

03 讀取保持寄存器 在一個或多個保持寄存器中取得當前的二進制值

04 讀取輸入寄存器 在一個或多個輸入寄存器中取得當前的二進制值

05 強置單線圈 強置一個邏輯線圈的通斷狀態

06 預置單寄存器 把具體二進值裝入一個保持寄存器

07 讀取異常狀態 取得8個內部線圈的通斷狀態，這8個線圈的地址由控制器決定

08 回送診斷校驗 把診斷校驗報文送從機，以對通信處理進行評鑒

09 編程（只用于484） 使主機模擬編程器作用，修改PC從機邏輯

10 控詢（只用于484） 可使主機與一臺正在執行長程序任務從機通信，探詢該從機是否已完成其操作任務，僅在含有功能碼9的報文發送后，本功能碼才發送

11 讀取事件計數 可使主機發出單詢問，并隨即判定操作是否成功，尤其是該命令或其他應答產生通信錯誤時

12 讀取通信事件記錄 可是主機檢索每臺從機的ModBus事務處理通信事件記錄。如果某項事務處理完成，記錄會給出有關錯誤

13 編程（184/384 484 584） 可使主機模擬編程器功能修改PC從機邏輯

14 探詢（184/384 484 584） 可使主機與正在執行任務的從機通信，定期控詢該從機是否已完成其程序操作，僅在含有功能13的報文發送后，本功能碼才得發送

15 強置多線圈 強置一串連續邏輯線圈的通斷

16 預置多寄存器 把具體的二進制值裝入一串連續的保持寄存器

17 報告從機標識 可使主機判斷編址從機的類型及該從機運行指示燈的狀態

18 （884和MICRO 84） 可使主機模擬編程功能，修改PC狀態邏輯

19 重置通信鏈路 發生非可修改錯誤后，是從機復位于已知狀態，可重置順序字節

20 讀取通用參數（584L） 顯示擴展存儲器文件中的數據信息

21 寫入通用參數（584L） 把通用參數寫入擴展存儲文件，或修改之

22～64 保留作擴展功能備用

65～72 保留以備用戶功能所用 留作用戶功能的擴展編碼

73～119 非法功能

120～127 保留 留作內部作用

128～255 保留 用于異常應答

（三）、功能碼命令詳解：

在這些功能碼中較長使用的是1、2、3、4、5、6號功能碼，使用它們即可實現對下位機的數字量和模擬量的讀寫操作。

1、01號命令，讀可讀寫數字量寄存器（線圈狀態）：

計算機發送命令：[設備地址] [命令號01] [起始寄存器地址高8位] [低8位] [讀取的寄存器數高8位] [低8位] [CRC校驗的低8位] [CRC校驗的高8位]

例：[11][01][00][13][00][25][CRC低][CRC高]

意義如下：

<1>設備地址：在一個485總線上可以掛接多個設備，此處的設備地址表示想和哪一個設備通訊。例子中為想和17號(十進制的17是十六進制的11)通訊。

<2>命令號01：讀取數字量的命令號固定為01。

<3>起始地址高8位、低8位：表示想讀取的開關量的起始地址(起始地址為0)。比如例子中的起始地址為19。

<4>寄存器數高8位、低8位：表示從起始地址開始讀多少個開關量。例子中為37個開關量。

<5>CRC校驗：是從開頭一直校驗到此之前。

設備響應：[設備地址] [命令號01] [返回的字節個數][數據1][數據2]...[數據n] [CRC校驗的高8位] [CRC校驗的低8位]

例：[11][01][05][CD][6B][B2][0E][1B] [CRC高] [CRC低]

意義如下：

<1>設備地址和命令號和上面的相同。

<2>返回的字節個數：表示數據的字節個數，也就是數據1，2...n中的n的值。

<3>數據1...n：由于每一個數據是一個8位的數，所以每一個數據表示8個開關量的值，每一位為0表示對應的開關斷開，為1表示閉合。比如例子中，表示20號(索引號為19)開關閉合，21號斷開，22閉合，23閉合，24斷開，25斷開，26閉合，27閉合...如果詢問的開關量不是8的整倍數，那么最后一個字節的高位部分無意義，置為0。

<4>CRC校驗同上。

2、05號命令，寫數字量（線圈狀態）：

計算機發送命令：[設備地址] [命令號05] [需下置的寄存器地址高8位] [低8位] [下置的數據高8位] [低8位] [CRC校驗的低8位] [CRC校驗的高8位]

例：[11][05][00][AC][FF][00][CRC高][CRC低]

意義如下：

<1>設備地址和上面的相同。

<2>命令號:寫數字量的命令號固定為05。

<3>需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的開關的地址。

<4>下置的數據高8位，低8位：表明需要下置的開關量的狀態。例子中為把該開關閉合。注意，此處只可以是[FF][00]表示閉合[00][00]表示斷開，其他數值非法。

<5>注意此命令一條只能下置一個開關量的狀態。

設備響應：如果成功把計算機發送的命令原樣返回，否則不響應。

3、03號命令，讀可讀寫模擬量寄存器（保持寄存器）：

計算機發送命令：[設備地址] [命令號03] [起始寄存器地址高8位] [低8位] [讀取的寄存器數高8位] [低8位] [CRC校驗的高8位] [CRC校驗的低8位]

例：[11][03][00][6B][00][03] [CRC高][CRC低]

意義如下：

<1>設備地址和上面的相同。

<2>命令號:讀模擬量的命令號固定為03。

<3>起始地址高8位、低8位：表示想讀取的模擬量的起始地址(起始地址為0)。比如例子中的起始地址為107。

<4>寄存器數高8位、低8位：表示從起始地址開始讀多少個模擬量。例子中為3個模擬量。注意，在返回的信息中一個模擬量需要返回兩個字節。

設備響應：[設備地址] [命令號03] [返回的字節個數][數據1][數據2]...[數據n] [CRC校驗的高8位] [CRC校驗的低8位]

例：[11][03][06][02][2B][00][00][00][64] [CRC高] [CRC低]

意義如下：

<1>設備地址和命令號和上面的相同。

<2>返回的字節個數：表示數據的字節個數，也就是數據1，2...n中的n的值。例子中返回了3個模擬量的數據，因為一個模擬量需要2個字節所以共6個字節。

<3>數據1...n：其中[數據1][數據2]分別是第1個模擬量的高8位和低8位，[數據3][數據4]是第2個模擬量的高8位和低8位，以此類推。例子中返回的值分別是555，0，100。

<4>CRC校驗同上。

4、06號命令，寫單個模擬量寄存器（保持寄存器）：

計算機發送命令：[設備地址] [命令號06] [需下置的寄存器地址高8位] [低8位] [下置的數據高8位] [低8位] [CRC校驗的高8位] [CRC校驗的低8位]

例：[11][06][00][01][00][03] [CRC高] [CRC低]

意義如下：

<1>設備地址和上面的相同。

<2>命令號:寫模擬量的命令號固定為06。

<3>需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的模擬量寄存器的地址。

<4>下置的數據高8位，低8位：表明需要下置的模擬量數據。比如例子中就把1號寄存器的值設為3。

<5>注意此命令一條只能下置一個模擬量的狀態。

設備響應：如果成功把計算機發送的命令原樣返回，否則不響應。

5、16號命令，寫多個模擬量寄存器（保持寄存器）：

計算機發送命令：[設備地址] [命令號16] [需下置的寄存器地址高8位] [低8位] [數據數量高8位] [數據數量低8位] [下置的數據高8位] [低8位][……][……] [CRC校驗的高8位] [CRC校驗的低8位]

例：[11][16][00][01][00][01][00][05] [CRC高] [CRC低]

意義如下：

<1>設備地址和上面的相同。

<2>命令號:寫模擬量的命令號固定為16。

<3>需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的模擬量寄存器的地址。

<4>需下置的數據數量高8位，低8位：表明了需要下置的數據數量，這里為1。

<5>下置的數據高8位，低8位：表明需要下置的模擬量數據。比如例子中就把1號寄存器的值設為5。

設備響應：如果成功把計算機返回的如下命令，否則不響應。

設備響應：[設備地址] [命令號16] [需下置的寄存器地址高8位] [低8位] [數據數量高8位] [數據數量低8位] [CRC校驗的高8位] [CRC校驗的低8位]，如上例返回：

[11][16][00][01][00][01] [CRC高] [CRC低]