ModbusTCP協議

原文連接：https://blog.csdn.net/iknow_nothing/article/details/84292914

簡介

Modbus由MODICON公司於1979年開發，是一種工業現場總線協議標準。1996年施耐德公司推出基於以太網TCP/IP的Modbus協議：ModbusTCP。

Modbus協議是一項應用層報文傳輸協議，包括ASCII、RTU、TCP三種報文類型。

標準的Modbus協議物理層接口有RS23二、RS42二、RS485和以太網接口，採用master/slave方式通訊。

ModbusTCP數據幀

ModbusTCP的數據幀可分爲兩部分：MBAP+PDU。

報文頭MBAP

MBAP爲報文頭，長度爲7字節，組成以下：

事務處理標識	協議標識	長度	單元標識符
2字節	2字節	2字節	1字節

 

內容	解釋
事務處理標識	能夠理解爲報文的序列號，通常每次通訊以後就要加1以區別不一樣的通訊數據報文。
協議標識符	00 00表示ModbusTCP協議。
長度	表示接下來的數據長度，單位爲字節。
單元標識符	能夠理解爲設備地址。

幀結構PDU

PDU由功能碼+數據組成。功能碼爲1字節，數據長度不定，由具體功能決定。

功能碼

Modbus的操做對象有四種：線圈、離散輸入、輸入寄存器、保持寄存器。

對象	含義
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中只讀
輸入寄存器	PLC中只能從模擬量輸入端改變的寄存器，在Modbus中只讀
保持寄存器	PLC中用於輸出模擬量信號的寄存器，在Modbus中可讀可寫

根據對象的不一樣，Modbus的功能碼有：

功能碼	含義
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

PDU詳細結構

0x01：讀線圈

在從站中讀1~2000個連續線圈狀態，ON=1,OFF=0

• 請求：MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 數量H 數量L（共12字節）
• 響應：MBAP 功能碼 數據長度 數據（一個地址的數據爲1位）
• 如：在從站0x01中，讀取開始地址爲0x0002的線圈數據，讀0x0008位
  00 01 00 00 00 06 01 01 00 02 00 08
• 回：數據長度爲0x01個字節，數據爲0x01，第一個線圈爲ON，其他爲OFF
  00 01 00 00 00 04 01 01 01 01

0x05：寫單個線圈
將從站中的一個輸出寫成ON或OFF，0xFF00請求輸出爲ON,0x000請求輸出爲OFF

• 請求：MBAP 功能碼 輸出地址H 輸出地址L 輸出值H 輸出值L（共12字節）
• 響應：MBAP 功能碼 輸出地址H 輸出地址L 輸出值H 輸出值L（共12字節）
• 如：將地址爲0x0003的線圈設爲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
將一個從站中的一個線圈序列的每一個線圈都強制爲ON或OFF，數據域中置1的位請求相應輸出位ON，置0的位請求響應輸出爲OFF

• 請求：MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 輸出數量H 輸出數量L 字節長度 輸出值H 輸出值L
• 響應：MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址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態

• 請求：MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 數量H 數量L（共12字節）
• 響應：MBAP 功能碼 數據長度 數據（長度：9+ceil（數量/8））
• 如：從地址0x0000開始讀0x0012個離散量輸入
  00 01 00 00 00 06 01 02 00 00 00 12
• 回：數據長度爲0x03個字節，數據爲0x01 04 00，表示第一個離散量輸入和第11個離散量輸入爲ON，其他爲OFF
  00 01 00 00 00 06 01 02 03 01 04 00

0x04：讀輸入寄存器
從一個遠程設備中讀1~2000個連續輸入寄存器

• 請求：MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 寄存器數量H 寄存器數量L（共12字節）
• 響應：MBAP 功能碼 數據長度 寄存器數據(長度：9+寄存器數量×2)
• 如：讀起始地址爲0x0002，數量爲0x0005的寄存器數據
  00 01 00 00 00 06 01 04 00 02 00 05
• 回：數據長度爲0x0A，第一個寄存器的數據爲0x0c，其他爲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
從遠程設備中讀保持寄存器連續塊的內容

• 請求：MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 寄存器數量H 寄存器數量L（共12字節）
• 響應：MBAP 功能碼 數據長度 寄存器數據(長度：9+寄存器數量×2)
• 如：起始地址是0x0000，寄存器數量是 0x0003
  00 01 00 00 00 06 01 03 00 00 00 03
• 回：數據長度爲0x06，第一個寄存器的數據爲0x21，其他爲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
在一個遠程設備中寫一個保持寄存器

• 請求：MBAP 功能碼 寄存器地址H 寄存器地址L 寄存器值H 寄存器值L（共12字節）
• 響應：MBAP 功能碼 寄存器地址H 寄存器地址L 寄存器值H 寄存器值L（共12字節）
• 如：向地址是0x0000的寄存器寫入數據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
在一個遠程設備中寫連續寄存器塊（1~123個寄存器）

• 請求：MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 寄存器數量H 寄存器數量L 字節長度 寄存器值（13+寄存器數量×2）
• 響應：MBAP 功能碼 起始地址H 起始地址L 寄存器數量H 寄存器數量L（共12字節）
• 如：向起始地址爲0x0000，數量爲0x0001的寄存器寫入數據，數據長度爲0x02，數據爲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

Modbus TCP 示例報文

原文連接：https://blog.csdn.net/mikasoi/article/details/81782159

ModBusTcp與串行鏈路Modbus的數據域是一致的，具體數據域能夠參考串行Modbus。這裏給出幾個ModbusTcp的鏈路解析說明，輔助新人分析報文。

ModbusTCP通訊

通訊方式

Modbus設備可分爲主站(poll)和從站(slave)。主站只有一個，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通訊時，主站爲client端，主動創建鏈接；從站爲server端，等待鏈接。

• 主站請求：功能碼+數據
• 從站正常響應：請求功能碼+響應數據
• 從站異常響應：異常功能碼+異常碼，其中異常功能碼即將請求功能碼的最高有效位置1，異常碼指示差錯類型
• 注意：須要超時管理機制，避免無期限的等待可能不出現的應答

IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互聯網編號分配管理機構）給Modbus協議賦予TCP端口號爲502，這是目前在儀表與自動化行業中惟一分配到的端口號。

通訊過程

1. connect 創建TCP鏈接
2. 準備Modbus報文
3. 使用send命令發送報文
4. 在同一鏈接下等待應答
5. 使用recv命令讀取報文，完成一次數據交換
6. 通訊任務結束時，關閉TCP鏈接

4 仿真軟件

• Modbus poll 和Modbus slave是一組Modbus仿真軟件，能夠實現Modbus RTU、TCP、串口仿真等。
• 在ModbusTCP中，Modbus poll 做爲客戶端請求數據，Modbus slave 做爲服務器端處理請求。
• 使用c語言編寫客戶端鏈接Modbus slave時，注意數據格式，一條指令一次性發出，不然鏈接會出錯。
• 使用軟件時，須要指定功能碼，在setup->slave definition或者poll definition中進行設置。
  – slave ID：從站編號（事務標識符）
  – function：功能碼，0x01對應線圈操做，0x02對應離散量操做，0x03對應保持寄存器操做，0x04對應輸入寄存器操做
  – address：開始地址
  – quantity：寄存器/線圈/離散量 的數量

參考：
https://wenku.baidu.com/view/c2a9e1cc376baf1ffd4fad5c.html
https://blog.csdn.net/zwxue251/article/details/24154951
https://blog.csdn.net/lakerszhy/article/details/68927178?locationNum=4&fps=1

一些概念

原文連接：https://wenku.baidu.com/view/55595d0690c69ec3d5bb75ed.html