Modbus 协议一之 MODBUS 事物处理

作者:@登云上人间

目录

前言
一、总体描述
1.1 协议描述
1.2 数据编码
1.3 MODBUS数据模型
1.4 MODBUS事务处理的定义
1.5 功能码的分类(三类)
1.6 功能码描述

前言

  • 该标准包括两个通信规程中使用的MODBUS 应用层协议和服务规范:

    • 串行链路上的MODBUS
    • TCP/IP 上的MODBUS
  • MODBUS 是一个请求/应答协议,并且提供功能码规定的服务

  • MODBUS 功能码是MODBUS请求/应答PDU 的元素

一、总体描述

1.1 协议描述

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  • 协议数据单元(PDU)

  • 应用数据单元(ADU)

1.1.1 客户机请求

  • 客户机创建MODBUS 的ADU功能码向服务器指示将执行哪种操作

  • MODBUS 数据单元的功能码域占一个字节,有效的码字范围是十进制1-255,28-255 为异常响应保留

  • 客户机向服务器设备发送的报文数据域包括附加信息服务器使用此附加信息执行功能码定义的操作。该数据域还包括离散项目和寄存器地址、处理的项目数量以及域中的实际数据字节数。

  • 数据域可以是不存在的(0 长度),在此情况下服务器不需要任何附加信息。

  • 在一个正确接收的MODBUS ADU中,不出现与请求MODBUS 功能有关的差错,服务器至客户机的响应数据域包括请求数据出现与请求MODBUS 功能有关的差错,那么域包 括一个异常码,服务器应用能够使用这个域确定下一个执行的操作。
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1.1.2 ADU、PDU字节大小

  • 最大RS485 ADU=256字节,对串行链路通信来说,MODBUS PDU=256-服务器地址(1 字节)-CRC(2 字节)=253字节

  • RS232 / RS485 ADU = 253 字节+服务器地址(1 byte) + CRC (2 字节) = 256 字节

  • TCP MODBUS ADU = 249 字节+ MBAP (7 字节) = 256 字节

1.1.2 PDU

MODBUS 协议定义了三种PDU

  • MODBUS 请求PDU,mb_req_pdu
  • MODBUS 响应PDU,mb_rsp_pdu
  • MODBUS 异常响应PDU,mb_excep_rsp_pdu
mb_req_pdu = { function_code, request_data},
其中function_code : [1 个字节] MODBUS 功能码
request_data  :[n 个字节],该域与功能码有关,通常包括可变参考、变量、数据偏移量、子功能码等信息


mb_rsp_pdu = { function_code, response_ data},其中
function_code :[1 个字节] MODBUS 功能码
response_data : [n 个字节],该域与功能码有关,通常包括可变参考、变量、数据偏移量、子功能码等信息


mb_excep_rsp_pdu = { function_code, request_data},其中
function_code : [1 个字节] MODBUS 功能码+ 0x80
exception_code : [1 个字节],在下表中定义了MODBUS 异常码。

1.2 数据编码

  • MODBUS 使用 大端 表示地址项和数据项。发射多个字节时,首先发送最高有效
寄存器大小
16比特 0x1234
  • 发送的第一字节为0x12 然后0x34

1.3 MODBUS数据模型

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1.4 MODBUS事务处理的定义

  • 服务器侧MODBUS 事务处理的一般处理过程

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MODBUS 服务器事务建立MODBUS 响应,可以建立两种类型响应:

  • MODBUS 正常响应响应功能码 = 请求功能码

  • MODBUS 异常响应响应功能码 = 请求功能码 + 0x80;

    • 为客户机提供处理过程中与被发现的差错相关的信息
    • 提供一个异常码来指示差错原因。

1.5 功能码的分类(三类)

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1.5.1 公共功能码

  • 唯一性
  • 公开性
  • MB IETF RFC 中证明

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1.5.2 用户定义功能码

  • 范围为:65 至72 和十进制100 至110
  • 自行定义
  • 不能保证被选功能码的使用是唯一

1.5.3 保留功能码

1.6 功能码描述

1.6.1 01(0x01)读线圈

  • 作用:读取线圈的1 至2000 连续状态

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  • 起始地址,即指定的第一个线圈地址和线圈编号
  • 从零开始寻址线圈。因此寻址线圈1-16 为0-15

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  • 根据数据域的每个比特将响应报文中的线圈分成为一个线圈(指示状态为1= ON 和0= OFF)
  • 返回的输出数量不是八的倍数,用零填充最后数据字节中的剩余比特,字节数量域说明了数据的完整字节数
  • *N=输出数量/8,余数不等于0,那么 N = N+1

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例如:请求读离散量输出20-38
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  • 输出27-20 的状态表示为十六进制字节值CD,或二进制1100 1101。输出27是这个字节的MSB,输出20是LSB
  • 第一字节的输出从左至右为27 至20。下一个字节的输出从左到右为35 至28
  • 串行发射比特时,从LSB 向MSB 传输:20 . . .27、28 . . . 35 等等。

注:用零填充五个剩余比特(一直到高位端)

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1.6.2 02 (0x02)读离散量输入

  • 作用:读取离散量输入的1 至2000 连续状态

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  • 起始地址,即指定的第一个输入地址和输入编号
  • 从零开始寻址输入,寻址输入1-16 为0-15

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  • 根据数据域的每个比特将响应报文中的离散量输入分成为一个输入,指示状态为1= ON 和0 = OFF
  • 返回的输入数量不是八的倍数,将用零填充最后数据字节中的剩余比特
  • 字节数量域说明了数据的完整字节数。
  • *N=输出数量/8,如果余数不等于0,那么N = N+1

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例如:请求读离散量输入197-218
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  • 离散量输入状态204-197 表示为十六进制字节值AC,或二进制1010 1100。输入204是这个字节的MSB,输入197是这个字节的LSB

注:用零填充2 个剩余比特(一直到高位端)

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MODBUS异常响应

  • 客户机设备向服务器设备发送请求时,客户机希望一个正常响应.

  • 异常响应报文有两个与正常响应不同的域:
    功能码域:正常响应,服务器利用响应功能码域应答最初请求的功能码最高有效位(MSB)都为0异常响应,服务器设置功能码的MSB 为1,异常响应中的功能码值比正常响应中的功能码值高十六进制80

数据域: 正常响应,服务器返回数据域中数据或统计表。异常响应中,服务器返回数据域中的异常码

例如:
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  • 客户机对服务器设备寻址请求
  • 功能码(01)用于读输出状态操作,“请求” 地址1245(十六进制04A1)的输出状态
  • 服务器设备中不存在输出地址,服务器将返回异常码(02)的异常响应
代码 名称 含义
01 非法功能
02 非法数据地址
03 非法数据值
04 从站设备故障
05 确认
06 从属设备忙
08 存储奇偶性差错
0A 不可用网关路径
0B 网关目标设备响应失
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世间美好与你环环相扣 - 柏松
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作词 : 尹初七

作曲 : 柏松

编曲 : 彭圣杰

偏偏秉烛夜游

偏偏秉烛夜游

午夜星辰 似奔走之友

爱你每个结痂伤口

酿成的陈年烈酒

入喉尚算可口

入喉尚算可口

怎么泪水 还偶尔失守

邀你细看心中缺口

裂缝中留存 温柔

此时已莺飞草长 爱的人正在路上

此时已莺飞草长 爱的人正在路上

我知他风雨兼程 途经日暮不赏

穿越人海 只为与你相拥

此刻已皓月当空 爱的人手捧星光

我知他乘风破浪 去了黑暗一趟

感同身受 给你救赎热望

知道你不能 还要你感受

知道你不能 还要你感受

让星光加了一点彩虹

让樱花偷偷 吻你额头

让世间美好 与你环环相扣

此时已莺飞草长 爱的人正在路上

此时已莺飞草长 爱的人正在路上

我知他风雨兼程 途经日暮不赏

穿越人海 只为与你相拥

此刻已皓月当空 爱的人手捧星光

我知他乘风破浪 去了黑暗一趟

感同身受 给你救赎热望

此时已莺飞草长 爱的人正在路上

此时已莺飞草长 爱的人正在路上

我知他风雨兼程 途经日暮不赏

穿越人海 只为与你相拥

此刻已皓月当空 爱的人手捧星光

我知他乘风破浪 去了黑暗一趟

感同身受 给你救赎热望

知道你不能 还要你感受

知道你不能 还要你感受

让星光加了一点彩虹

当樱花开的纷纷扬扬

当世间美好 与你环环相扣

特别鸣谢:槿葵,我们的海报制作妹妹。

原唱:柏松

吉他:柏松

和声:柏松

录音:柏松

混音:张强

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