Modbus 通讯协议
一、简介
modbus 是一种串行通讯协议，从1979年开始使用，它已经成为工业领域通讯协议的业界标准，是工业电子设备之间常用的连接方式。
优点：
公开发表，无版权纷争
易于部署和维护
限制：
大型二进制数据不支持
一个数据链路上只能连接247个设备，限制了可以连接到主节点的设备数量（以太网 tcp/ip 除外）
对未经授权的命令或者截取命令没有安全性
协议版本：
目前存于串口、以太网、以及其他支持互联网协议的网络版本。大多数的通讯通过串口 ELA485物理层进行
Modbus RTU 是一种紧促的，采用二进制表示数据的方式。Modbus ASCII是一种人类可读的，冗长的表示方式，这两中都是串行通讯方式。
校验不同：RTU格式后续的命令/数据带有循环冗余校验的校验和，而ASCII格式采用纵向冗余校验的校验和
对于通过TCP/IP（例如以太网）的连接，存在多个Modbus/TCP变种，这种方式不需要校验和计算
通讯和设备：
modbus 是一个主从（master/slave）架构的协议。有一个节点是主节点（相当于服务器设备），其他使用 modbus 协议参与通讯的节点都是从节点（设备），每一个设备都有一个唯一的地址，在串行和 MB+ 网络中
只有被指定为主节点的节点可以启动一个命令，在以太网上，任何一个设备都可以发送一个 modbus命令，但通常也只有一个主节点设备启动指令。
一个modbus 命令包含打算执行的设备的modbus地址，所有设备都会收到命令，但只有指定位置的设备会执行及回应指令（地址0除外，地址0是广播指令，所有收到指令的设备都会执行，不过不回应指令）
所有的modbus 命令包含了检查码，以达到命令没有被破坏的目的。基本的modbus 命令能指令一个RTU改变他寄存器的某个值，控制或者读取一个 I\O 端口，以及指挥设备回送一个或者多个其寄存器中的数据
一个寄存器地址，代表两个字节
二、协议详情
从 ASCII 、RTU、TCP 具体协议进行分析
ASCII模式：
报文格式：
ASCII模式： : + 地址 + 功能代码 + 数据数量 + 数据 + LRC高字节 + LRC低字节 + 回车 + 换行
字符个数 1 2 2 n 2 2
RTU模式： 地址 + 功能代码 + 数据数量 + 数据 + CRC低字节 + CRC高字节 起始符和结束符(>= 4 个字节) 功能码 1到127
8B 8B n8B 16B
功能码含义解读
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功能码 |
名称 |
作用 |
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1 |
读取线圈状态 |
取得一组逻辑线圈的当前状态（ON/OFF) |
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2 |
读取输入状态 |
取得一组开关输入的当前状态（ON/OFF) |
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3 |
读取保持寄存器 |
在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值 |
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4 |
读取输入寄存器 |
在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制值 |
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5 |
强置单线圈 |
强置一个逻辑线圈的通断状态 |
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6 |
预置单寄存器 |
把具体二进值装入一个保持寄存器 |
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7 |
读取异常状态 |
取得8个内部线圈的通断状态，这8个线圈的地址由控制器决定 |
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8 |
回送诊断校验 |
把诊断校验报文送从机，以对通信处理进行评鉴 |
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9 |
编程（只用于484） |
使主机模拟编程器作用，修改PC从机逻辑 |
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10 |
控询（只用于484） |
可使主机与一台正在执行长程序任务从机通信，探询该从机是否已完成其操作任务，仅在含有功能码9的报文发送后，本功能码才发送 |
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11 |
读取事件计数 |
可使主机发出单询问，并随即判定操作是否成功，尤其是该命令或其他应答产生通信错误时 |
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12 |
读取通信事件记录 |
可是主机检索每台从机的ModBus事务处理通信事件记录。如果某项事务处理完成，记录会给出有关错误 |
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13 |
编程（184/384 484 584） |
可使主机模拟编程器功能修改PC从机逻辑 |
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14 |
探询（184/384 484 584） |
可使主机与正在执行任务的从机通信，定期控询该从机是否已完成其程序操作，仅在含有功能13的报文发送后，本功能码才得发送 |
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15 |
强置多线圈 |
强置一串连续逻辑线圈的通断 |
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16 |
预置多寄存器 |
把具体的二进制值装入一串连续的保持寄存器 |
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17 |
报告从机标识 |
可使主机判断编址从机的类型及该从机运行指示灯的状态 |
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18 |
（884和MICRO 84） |
可使主机模拟编程功能，修改PC状态逻辑 |
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19 |
重置通信链路 |
发生非可修改错误后，是从机复位于已知状态，可重置顺序字节 |
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20 |
读取通用参数（584L） |
显示扩展存储器文件中的数据信息 |
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21 |
写入通用参数（584L） |
把通用参数写入扩展存储文件，或修改之 |
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22～64 |
保留作扩展功能备用 |
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65～72 |
保留以备用户功能所用 |
留作用户功能的扩展编码 |
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73～119 |
非法功能 |
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120～127 |
保留 |
留作内部作用 |
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128～255 |
保留 |
用于异常应答 |
RTU 模式案例：
下发指令：
计算机发送命令：[设备地址] [命令号01] [起始寄存器地址高8位] [低8位] [读取的寄存器数高8位] [低8位] [CRC校验的低8位] [CRC校验的高8位]
[11][01][00][13][00][25][CRC低][CRC高]
含义： 11 指定需要通讯是哪个设备，01 读取线圈状态， 0013 表示读取的起始地址是19（起始值为 0），0025 表示从起始地址开始读取多少个开关量，上面为37个
设备响应：
[11][01][05][CD][6B][B2][0E][1B] [CRC高] [CRC低]
含义： 11 响应地址， 01 表示功能码，05 数据长度， 每个数据表8个开关量，0 表示断开，1表示闭合，如果询问的不是8的倍数，那么最后一个字节的高位部分没有意义。
tcp 报文组成：
客户端相当于主设备、服务端相当于从设备
MBAP 报文头 + 功能码 + 数据
MBAP 格式：
| 域 | 长度 | 描述 | 客户端 | 服务端 |
| 事务元标识符 | 2个字节 | MODBUS请求/响应事务处理的识别码 | 客户机启动 | 服务器从接收的请求中重新复制 |
| 协议标识符 | 2个字节 | 0=MODBUS协议 | 客户机启动 | 服务器从接收的请求中重新复制 |
| 长度 | 2个字节 | 以下字节的数量 | 客户机启动（请求） | 服务器（响应）启动 |
| 单元标识符 | 1个字节 | 串行链路或其它总线上连接的远程从站的识别码 该设备的编号 | 客户机启动 | 服务器从接收的请求中重新复制 |
报文案例：
请求：
00 00 00 00 00 06 09 03 00 04 00 01
含义：00 00 传输标识符 00 00 协议标识符 00 06 标识后面的长度 09 单元标识符 03 功能码 00 04 起始地址 00 01 读取数
响应：
00 00 00 00 00 05 09 03 02 00 05
含义： 00 00 传输标识符 00 00 协议标识符 00 05 长度 09 单元标识符 03 功能码 02 后面的字节数 00 05 数据
modbus 根据不同的特性将寄存器分为4个部分，这四个部分在内存中可以是连续的，也可以是不连续的
| 名称 | 英文 | 描述 | 寄存器PLC地址 | 简称 |
线圈状态
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Coil Status
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可读可写，有两种状态，0，1
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00001-09999 | 0x |
离散输入状态
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Input Status
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可读但不可写
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10001-19999 | 1x |
保持寄存器
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Holding Register
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可读，可写
输出参数或者保持参数
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40001-49999 | 4x |
输入寄存器
|
Input Register
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可读但不可写
输入参数，控制器从外部设备获取到的参数
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30001-39999 | 3x |
