Modbus 协议一之 MODBUS 事物处理

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

• 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。
  
  

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	值
16比特	0x1234

• 发送的第一字节为0x12 然后0x34

1.3 MODBUS数据模型

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。

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）

1.5.1 公共功能码

• 唯一性
• 公开性
• MB IETF RFC 中证明

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

• 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

• 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

例如：请求读离散量输出20-38

• 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）

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

• 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

• 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

例如：请求读离散量输入197-218

• 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）

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来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：

• 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