Modbus通信通讯教程(详细)

第一章：控制设备通信慨况1慨念说明于自动控制系统的各种设备，相互之间的通信及资料交换是非常重要的基本功能之一。早期通信方式是使用串行式硬件架构，然后定义通信步骤及资料格式等基本通信规格，也就是通信 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 （CommunicationProtocol）。外部计算机依据此通信协议即可与该自控设备读取或写入资料。也可以看做读取该控制设备所控制的结果，写入一些控制命令要求该控制设备执行所指定的功能。PLC（ProgrammableLogicalController）是自动控制系统的核心设备，肩负着主要的控制功能，所以PLC对外通信能力也是格外的重要。各种厂牌的PLC都会制定自有的通信协议接口 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。其中Modbus通信协议是ModiconPLC所定义的通信协议。因为Modicon是最早开发出PLC的设备，故其所制定的通信协议，也广泛被其它厂商所接受，无形中成为自控界主流的通信协议。2通信硬件两种设备之间的通信及资料交换处理，首先经由通信硬件传送信号，此基本模式如下图所示：图(1-1)：通信硬件系统基本模式两端设备都配置「接/发收器」将数据转换成电器信号往外传送或接收外部传来的信号。以信号的传输处理来看，早期的系统当然遵循电信系统的规格最为方便，所以RS232C的规格，基本上是电信系统的规格，也就是非同步串行式。此规格只是提供一对一的通信，而无法一对多或者多对多的通信，所以后来才发展出同步串行式及Ethernet网络通信。以下各点试着以简单方式，说明通信硬件运作的基本慨念。因为本书是以软件 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 者为主要对象，但是对于硬件必须有一个清晰的认识，才能设计完美的通信应用系统。接/发送器传送媒体接/发送器控制设备计算机设备2.1异步串行式通信方式异步串行式传输信号，基本上是一次一个基本单位，包含起始位（StartBit）、资料位（DataBit）、同位位（ParityBit）及停止位（StopBit）等组成。也就是资料的每一个字符（Byte）都整理成上述的格式，然后传送出去。于硬设备上传送信号时必须做到下列三件事：z位（Bit）同步：认出每个位的开始及结束。z字符（Byte）的同步：认出每个字符的开始及结束。www.PLCworld.cnz一个段落或讯息的同步：认出大单元数据的开头。图(1-2)：信号传送示意图解决同步问题的一个 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 是：每次传送一小段的位后，马上寻求同步，最早使用的方法是「起止法（Start-Stop）」或称做「异步传输法」。也就是通信双方的「接/发送器」随时检查起始位，然后才认定此字符的资料已经进来，再检查停止位后才认定此字符的资料结束，最后再依据同步位作资料的检查以排除噪声的干扰。当每次有字符传送时，其信号是位于一个闲置状态，为二进制的1，也就是有电压及电流的存在。当字符的开头的起始位，其值为二进制的0，所以当「接/发送器」可以检查到起始位，然后接下来为正式资料位、同位位等，最后检查停止位后，该字符（Byte）接收正式完成。停止位与闲置都为二进制的1，所以发送器会不断地发送停止位直到准备发送下一个字符为止。由以上的叙述可以明白有几个通信硬件的系数非常重要，必须于通信前将双方的系数设定为一样，才能于位传送及接收间，依据一样的规格区分每个位的状态为二进制的0或1。第一字符1111001起始位第二字符闲置状态每个字符按顺序传送之同步位停止位z传送速度（BaudRate）：以此速度切割一个位电位的维持时间，然后断定为二进制值0或1。z同位位（Parity）：None、Odd、Even等三种检测错误位方式。z资料位数（DataBits）：所要传送的一个字符内的位数5、6、7、8等四种。z停止位（StopBits）：规定最小长度有1、1.5、2等位长度三种。也就是 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示超过此长度就是接到停止位。举例说明：如果设定停止位为1位、资料位为7位、同位位为None（也就是不做同位检查）、传送速度9600bps等通信系数。传送ABC三个英文字母的ASCIICode，首先起始位(0)激活以下8个单位的时序，这8个单位包含7个位的ASCII码，以及1个停止位。在闲置状态时，接收器利用www.PLCworld.cn观察从1变成0的这种转变来作为接收字符的开始，然后去取样输入的信号，每一个位一个区间，共7个位代表一个ASCII码。这种设计的时序简单且便宜，但是每一字符须有两个或三个的虚耗位，整体的通信效率较差，所以就有同步串行通信的发展，以克服此问题。2.2同步串行式通信方式这种模式中，字符或位的传输段落没有起始及终止位，而且每一种位的发出及到达的确切时间都可以预见，也就是为了防止发送器及接收器之间的时间偏移，所以必须采用某种方法的同步。可能的方法之一就是提供单独一个时钟线，否则就必须将同步时钟的信息插在资料信号当中。除了基本的同步传输外，还需要另一个阶层的同步，使得接收器能够决定一个数据段落的开头及结尾。所以每一个段落的开头，须有一个开头序幕的位型式，最后亦以结尾位型式作为结束。同时于数据链中还要包含一些控制信息且有一定的格式，用来做为接收或传送的真正资料的控制用。故所制定格式的不同，代表不同通信规格接口，一般常用的有SDLC，HDLC等，在此不做此格式的细部说明，不过以简单方式来叙述一些基本慨念。图(1-3)：字符取向同步传输示意图图(1-4)：位取向同步传输示意图在字符取向的传输中，资料的段落是以一个字符（一般为8位的字符）来处理。同步字符通常为SYN（16进位的0x16），用来告知接收器这是一个段落开头的信号。然后于控制字符中规定将整个传送资料的长度存入，如此接收器就读进所指示的长度，就是实际资料部份。再等待另一个SYN，以开始另一个资料的读取。另外一个方式为结尾为另一个型式位，以作为数据段落结束。以位取向的传输，数据段落是当作一序列的位来处理。有一个特殊位型式8位的旗号作为资料开头，再结尾也采用同样旗号。接收器等待旗号SYNSYN……1个或多个同步字符控制字符数据字符控制字符FF8位旗号控制域数据域控制域8位旗号www.PLCworld.cn的到来代表传输的开始，随后跟着某些数量的控制栏，然后是可变长度的数据域，然后又再度是控制栏，最后重复开头旗号作为结尾。这种方法与字符取向方法的差别，决定于资料格式的细节以及控制字段的定义。对于可订定大小的数据段落，同步传输要比异步传输有更高的效率，一般异步传输至少超过20%的虚耗位。以HDLC来看，此为位取向设计中被广泛使用的一种，包含48个位的控制信息（包含旗号），因此对于一个1000位的讯息，其虚耗只有48/1048*100%=4.6%。Modbus是使用异步传输的方式，但是由于速度较慢，应用上有其限制，尤其当两台PLC要互相交换资料，其传输资料量大，异步方式已经无法满足整体系统反应时间的要求。所以就有ModbusPlus出现，使用同步传输的技术，但是资料格式与Modbus一样。对于软件设计者来看，是相同的设计方式，所以下面章节以Modbus说明为主。2.3Ethernet网络通信方式Ethernet是一种共享式总线技术，支持广播（Broadcast）所有的网络上主机都可以接到传输资料，因此一次可以传送一个封包资料至多台主机。当主机有封包资料要传送时，会先监听网络是否有资料正在传送，如果无就开始传送。每一个Ethernet硬件都有唯一的48位的地址。EthernetFrame为硬件间的连接层，其长度可变，最小64位，最大1518字节（包含标头、资料及CRCCheck等），如下图所示：图(1-5)：EthernetFrameformat由目的地址，可使得网络硬件判定取入传给它的封包资料，由来源地址可以得知哪一个网址传来的资料。Frametype可区分何种型式的数据，例如：TCP、UDP….等等。以CRC侦测传输的资料错误，发送端先计算CRC值写入Frame内，接收端再重新计算一次比对CRC是否相同。由以上的简单描述，可知基本的通信慨念，其实与串行式一样的。EthernetIPAddress等于串行式的StationNo.。CRC检查用法一至。串行式资料Frame依设计自行规定，Ethernet则为标准规格。于Ethernet以上各点的处理，已经由网络硬件或操作系统处理完成。由应用系统设计者观点来看，只要依照操作系统所提供的API，就很容易将网络资料取入或传出。例如：TCP/IP通信协议，只要使用socket方式，就可以达到此目的，而且无论于Windows、Unix、DOS等操作系统，其设计方式都一样，反而比串行式通信容易设计。8字节6字节6字节2字节46-1500字节CRCDataFrametype来源地址目的地址前置4字节www.PLCworld.cn以Modbus/TCP的通信协议资料格式，除了再加上前面6byte做网络用资料，其后面的资料与Modbus/232完全一样，设计TCP应用程序，反而依照socket方式就可以收送资料，不像RS232应用程序必须处理所有步骤，例如：CRC计算，Frame自行规定，每一位都要处理….等等工作。3通信协议：通信协议（CommunicationProtocol）是为资料交换所制定的一种接口标准及程序。外部计算机的通信软件只要依据此接口标准设计，就可以达到双方互相通信的目的。通信协议除了规定所要使用的通信硬设备外，就是规定两种标准：一是资料互相传送的程序步骤，也就是规定开始通信、通信中及结束通信等通信流程中所要遵循的步骤。好象人们相互交谈时必须先确定当一方要求被接受处理后，再响应所处理的结果。以电话系统为比喻，可以将通信硬件视为电话设备，通讯协议为双方所用的语言，双方所谈论的语言内容就是通信协议内的资料格式。3.1主要PLC厂牌的通信协议各种厂牌的PLC因为所定义的资料内容格式都有所不同，所以都制定自有厂牌使用的通信协议，兹将主要通信协议列于下表：PLC通信协议硬件规格ModiconModbus/232异步串行ModbusPlus同步串行Modbus/TCPEthernetTCP/IPAllen-BrandleyDF1异步串行EtherentIPEthernetSimatic（Siemens）Profibus异步串行及EthernetMPI异步串行SimaticTIPLCTaskCode异步串行GESNP异步串行及EthernetMitsubishiMelsecAPC-Link异步串行及EthernetMitsubishiFX2PC-Link异步串行OMRONHostLink异步串行FINSEthernetKoyoU-01DM/G-01DM异步串行图(1-6)：主要厂牌通信协议表3.2Modbus通信协议的由来Modbus通信协议，是ModiconPLC所制定的资料交换通信接口标准，于1979年首先制定串行通信标准（含Modbus异步及ModbusPlus同步），于1997年制定网络通信标准（Modbus/TCP）。是属于OSI所定义的通信层www.PLCworld.cn次的第七层应用层次（ApplicationLayer）。是为Client/Server或称为Master/Slave型式的通信协议。由于Modbus的通信协议简单容易设计，结果广被许多控制设备或外围信号设备所采用，因此无形中成为自控业界的标准。Modbus异步的硬件架构简单，被使用的比率最高。ModbusPlus同步的协议可以提供高速的通信速度，适合主控制设备间大量资料交换。Modbus/TCP则是因应Ethernet网络的架构，近年来被大量使用的通信协议，也因为其速度及资料传送量远比ModbusPlus更快更大，所以已渐渐取代其功能。本书内容就Modbus及Modbus/TCP两种通信协议，说明其架构及应用例。www.PLCworld.cn第二章：Modbus通信协议说明Modbus通信协议基本上是遵循MasterandSlave的通信步骤，有一方扮演Master角色采取主动询问方式，送出QueryMessage给Slave方，然后由Slave方依据接到的QueryMessage内容准备ResponseMessage回传给Master。即使目前硬件通信已经可以达到双方互相主动通信的能力，但是于Modbus通信协议的规定，必须一方为Master，另一方为Slave不能互换角色。一般使用上，监控系统(HMI)都为Master，PLC、电表、仪表等都为Slave，HMI系统一直PollingSlave的各种relayandregister最新数值，然后做显示及各种逻辑计算及控制调整等处理。1共享的通信协议1.1QueryandResponseCycle图(2-1)：Master/SlaveandQuery/ResponseCycleDeviceAddress：表示该设备的编号，于同一个串行式网络上此为唯一的号码。于TCP/IP上可以使用IPAddress区分之，所以该DeviceAddress保留此字段可以使用或不使用。FunctionCode：表示要求Slave处理各种不同资料或程序的Command，以不同的FunctionNumber来区分之。Eight-BitDataBytes：依据FunctionCode而有不同的详细资料定义，Slave设备依据此两字段资料，做各种处理。ErrorCheck：当通信传送资料时，因考虑信号可能会受外界干扰，所以必须加上ErrorCheckCode，使得message接收方可以就接到的资料再计算一次Code，如果正确则做正常处理，不正确则不做处理。于串行式通信规定有CRCandLRC等两种方式。于TCP/IP通信，因为通信ErrorCheck已经被TCP/IP的阶层处理掉，所以于Modbus/TCP通信协议上不用此字段。DeviceAddressFunctioncodeEight-BitDataBytesErrorCheckDeviceAddressFunctioncodeEight-BitDataBytesErrorCheckQuerymessagefromMasterResponsemessagefromSlaveMasterSlave1.2基本资料格式（DataFormat）说明以上QueryandResponseMessage基本格式如下图所示。所有资料格式最大长度为256字符。zRTU格式：www.PLCworld.cn图(2-2)：RTUdataformat开始间隔DeviceAddressFunctionCodeDataCRCcheckT1-T2-T3-T4结束间隔16BitsNumberof8Bits8Bits8BitsT1-T2-T3-T4¾T1-T2-T3-T4：RTU规定每次Query或ResponseMessage的结束，是以未再接到下一个字符间隔时间来判断。其规定为3.5字符的通信时间，举例来说：通信速率为9600bps、每个字符含8bits再加上1startbit及1stopbit后，一个字符为10bits。计算3.5字符的通信时间为(3.5*10)/9600=0.00365秒。于通信协议的文件上以T1-T2-T3-T4来表示此数值。¾所有传送的字符都是照原值8Bits传送，不做任何处理加工。¾Data：Numberof8Bits是表示每个FunctionCode有不同数目的详细资料规定。¾通信资料的ErrorCheck采用CRC计算方式，于「串行式通信协议」小节内说明。zASCII格式：图(2-3)：ASCIIdataformat起始字符DeviceAddressFunctionCodeDataLRCcheck2字符<CR><LF>结束字符2字符数个字符2字符2字符：¾起始字符及结束字符：因为所传送资料都是为ASCII码，以十六进制表示，也即是一定为0123456789ABCDEF等16个ASCII码。所以用特殊的字符规定开始或结束。¾由DeviceAddress至Data等资料，都是将8bits原始值转换为两码的十六进制ASCII码，所以其实际传送的字符数约为RTU格式的两倍。¾Data：数个字符是表示每个FunctionCode有不同数目的详细资料规定。¾通信资料的ErrorCheck采用LRC计算方式，于「串行式通信协议」小节内说明。zTCP/IP格式：www.PLCworld.cn图(2-4)：TCP/IPdataformat起始字符组DeviceAddressFunctionCodeNumberof8BitsErrorcheckData不使用结束规定不使用8Bits8Bits6个起始字符¾起始字符组：于前面再多加6个字符，以定义一些TCP/IP的需要系数。说明如下：Byte0：本次通信Message的编号以2bytes整数（Byte0、1）表示，此byte为上字符，一般是由Master编号之，以区分每次Message。如果是Slave则将Master传来的QueryMessage照转至ResponseMessage。Byte1：本次通信Message的编号下字符。Byte2：通信协议识别号码以2bytes整数（Byte2、3）表示，此byte为上字符，于此处为零。Byte3：通信协议识别号码下字符，于此处为零。Byte4：Message长度以2bytes整数（Byte4、5）表示，此byte为上字符（由DeviceAddress至Data为止），因为长度不能超过256位，所以此位永远为零。Byte5：Message长度下字符（由DeviceAddress至Data为止）。¾由DeviceAddress至Data内容同RTU格式。¾Modbus规定IPPortNo.为502。z举例说明三种格式：FunctionCode-3读取OutputRegister数值为例。Deviceaddress：6。StartAddress：40123（Modbus规定OutputRegister由40001开始）。通信协议内则将40001去除，以122表示也就是十六进制0x007A、读取点数：3。QueryMessage通信内容十六进制ASCIICodeRTU8-bitsfield二进制TCP8-bitsfield二进制TCPByte-000000000TCPByte-100000001TCPByte-200000000TCPByte-300000000TCPByte-400000000TCPByte-500000110ASCII起始字符:DeviceAddress06060000011000000110www.PLCworld.cnFunctionCode03030000001100000011StartAddress(Hibyte)00000000000000000000StartAddress(Lobyte)7A7A0111101001111010No.ofregisters(Hibyte)00000000000000000000No.ofregister(Lobyte)03030000001100000011ErrorCheckByte-0ErrorCheckByte-1结束字符<CR><LF>图(2-5)：ExampleofQueryMessage回传的3点register数值为789、12345、-567也就是十六进制0x0315、0x3039、0xFDC9等ResponseMessage通信内容十六进制ASCIICodeRTU8-bitsfield二进制TCP8-bitsfield二进制TCPByte-000000000TCPByte-100000001TCPByte-200000000TCPByte-300000000TCPByte-400000000TCPByte-500001001ASCII起始字符:DeviceAddress06060000011000000110FunctionCode03030000001100000011Bytecount06060000011000000110Data-1(Hibyte)03030000001100000011Data-1(Lobyte)15150001010100010101Data-2(Hibyte)30300011000000110000Data-2(Lobyte)39390011100100111001Data-3(Hibyte)FDFD1111110111111101Data-3(Lobyte)C9C91100100111001001ErrorCheckByte-0ErrorCheckByte-1结束字符<CR><LF>图(2-6)：ExampleofResponseMessage1.3FunctionCode说明FunctionCode有二十几种，但是一般使用上都以1、2、3、4、5、6、15、16等八种最为常用，以及另外特殊使用的20、21两种，此为GeneralReferenceRegister，绝大部份的Modbus设备并不会提供此Register。于PLC上主要的控制数据有下列四种型式。此八种FunctionCode就是处理这些控制资料，详细说明如下各点：www.PLCworld.cn控制数据四种型式：zDI：DigitalInput，以一个bit表示On/Off，用来记录控制信号的状态输入，例如：开关，接触点，马达运转，超限switch…等等。于PLC上被称为Inputrelay、inputcoil等。zDO：DigitalOutput，以一个bit表示On/Off，用来输出控制信号，以激活或停止马达，警铃，灯光…等等。于PLC上被称为Outputrelay、Outputcoil等。zAI：AnalogInput，以16bitsinteger表示一个数值，用来记录控制信号的数值输入，例如：温度、流量、料量、速度、转速、文件板开度、液位、重量…等等。于PLC上被称为Inputregister。zAO：AnalogOutput，以16bitsinteger表示一个数值，用来输出控制信号的数值，例如：温度、流量、速度、转速、文件板开度、饲料量…等等设定值。于PLC上被称为Outputregister、Holdingregister。ModbusFunctionCode说明01ReadCoilStatus(outputrelay)02ReadInputStatus(inputrelay)03ReadHoldingRegisters(outputregister)04ReadInputRegisters05ForceSingleCoil06PresetSingleRegister07ReadExceptionStatus08Diagnostics09Program48410Poll48411FetchComm.EventCtr.12FetchComm.EventLog13ProgramController14PollController15ForceMultipleCoils16PresetMultipleRegisters17ReportSlaveID18Program884/M8419ResetComm.Link20ReadGeneralReference21WriteGeneralReference22MaskWrite4xRegister23Read/Write4xRegister24ReadFIFOQueue43ReadDeviceIdentication65to72开放给一般使用者定义100to110开放给一般使用者定义www.PLCworld.cn图(2-7)：ModbusFunctionCode一览表以下说明常用10种FunctionCode：每种FunctionCode以举例说明其中间Message的格式至于前面的TCPByte，ASCII起始字符及后面的ErrorCheck、结束字符等都是一样规定，参考前一节内容即可。FunctionCode-1：读取DI资料，于Modbus规定RelayAddress由00001开始。但是通信协议内取后面四位数，且由零起算，例如：于文件上RelayAddress为00345，其通信协议内转换的Address为344。由DeviceAddress17读取RelayAddress20–32的DI资料，通信协议内StartAddress为19，读取点数13。QueryMessage通信内容十六进制DeviceAddress11FunctionCode01StartAddress(Hibyte)00StartAddress(Lobyte)13No.ofpoints(Hibyte)00No.ofpoints(Lobyte)0D回传资料以一个Byte即8bits为一组，每一个Bit表示一点RelayOn/Off状态。例如下表Data(Relay27–20)的状态为ON-ON-OFF-ON-OFF-OFF-ON-ON。Data(Relay32–28)的状态为OFF-ON-OFF-ON-ON-ON。（前面3bit不算，因为只到Relay32为止）其个别Relay状态，举例：Relay27为ON、Relay31为ON、Relay23为OFF。ResponseMessage通信内容十六进制DeviceAddress11FunctionCode01Bytecount02Data(Relay27–20)D3Data(Relay32–28)17图(2-8)：ExampleofFunctionCode-1Messagewww.PLCworld.cnFunctionCode-2：读取DO资料，于Modbus规定RelayAddress由10001开始。但是通信协议内取后面四位数，且由零起算，例如：于文件上RelayAddress为10678，其通信协议内转换的Address为677。由DeviceAddress23读取RelayAddress10102–10134的D0资料，通信协议内StartAddress为101，读取点数33。QueryMessage通信内容十六进制DeviceAddress17FunctionCode02StartAddress(Hibyte)00StartAddress(Lobyte)65No.ofpoints(Hibyte)00No.ofpoints(Lobyte)21回传资料以一个Byte即8bits为一组，每一个Bit表示一点RelayOn/Off状态。例如下表Data(Relay109–102)的状态为ON-OFF-ON-OFF-ON-OFF-ON-OFF。Data(Relay117–110)的状态为OFF-ON-OFF-OFF-OFF-ON-OFF-ON。Data(Relay125–118)的状态为OFF-OFF-ON-OFF-OFF-ON-ON-ON。Data(Relay133–126)的状态为ON-OFF-OFF-OFF-OFF-OFF-ON-ON。Data(Relay134–134)的状态为ON。（前面7bit不算，因为只到Relay134为止）ResponseMessage通信内容十六进制DeviceAddress17FunctionCode02Bytecount05Data(Relay109–102)AAData(Relay117–110)45Data(Relay125–118)27Data(Relay133–126)83Data(Relay134–134)01图(2-9)：ExampleofFunctionCode-2Messagewww.PLCworld.cnFunctionCode-3：读取AO资料，于Modbus规定RegisterAddress由40001开始。但是通信协议内取后面四位数，且由零起算，例如：于文件上RegisterAddress为44321，其通信协议内转换的Address为4320。由DeviceAddress41读取RegisterAddress40765–40770的A0资料，通信协议内StartAddress为764，读取点数6。QueryMessage通信内容十六进制DeviceAddress29FunctionCode03StartAddress(Hibyte)02StartAddress(Lobyte)FCNo.ofregisters(Hibyte)00No.ofregisters(Lobyte)06回传资料以两个Bytes表示16bits整数值。例如下表Register40765整数值：99Register40766整数值：12336Register40767整数值：－1417Register40768整数值：789Register40769整数值：767Register40770整数值：1ResponseMessage通信内容十六进制DeviceAddress29FunctionCode03Bytecount0CData-1(Hibyte)00Data-1(Lobyte)63Data-2(Hibyte)30Data-2(Lobyte)30Data-3(Hibyte)FAData-3(Lobyte)77Data-4(Hibyte)03Data-4(Lobyte)15Data-5(Hibyte)02Data-5(Lobyte)FFData-6(Hibyte)00Data-6(Lobyte)01图(2-10)：ExampleofFunctionCode-3Messagewww.PLCworld.cnFunctionCode-4：读取AI资料，于Modbus规定RegisterAddress由30001开始。但是通信协议内取后面四位数，且由零起算，例如：于文件上RelayAddress为30988，其通信协议内转换的Address为987。由DeviceAddress30读取RegisterAddress30123–30127的AI资料，通信协议内StartAddress为122，读取点数5。QueryMessage通信内容十六进制DeviceAddress1EFunctionCode04StartAddress(Hibyte)00StartAddress(Lobyte)7ANo.ofregisters(Hibyte)00No.ofregisters(Lobyte)05回传资料以两个Bytes表示16bits整数值。例如下表Register30123整数值：2581Register30124整数值：57Register30125整数值：969Register30126整数值：－24544Register30127整数值：170ResponseMessage通信内容十六进制DeviceAddress1EFunctionCode04Bytecount0AData-1(Hibyte)0AData-1(Lobyte)15Data-2(Hibyte)00Data-2(Lobyte)39Data-3(Hibyte)03Data-3(Lobyte)C9Data-4(Hibyte)A0Data-4(Lobyte)20Data-5(Hibyte)00Data-5(Lobyte)AA图(2-11)：ExampleofFunctionCode-4Messagewww.PLCworld.cnFunctionCode-5：写入DO一点资料，Address规定与FunctionCode-2一样。由DeviceAddress10写入RelayAddress10012的D0资料，通信协议内StartAddress为11。如果设定为ON于ForceData设定十六进制0xFF00，如果设定为OFF于ForceData设定十六进制0x0000。QueryMessage通信内容十六进制DeviceAddress0AFunctionCode05StartAddress(Hibyte)00StartAddress(Lobyte)0BForceData(Hibyte)FFForceData(Lobyte)00以QueryMessage作为ResponseMessage传回。ResponseMessage通信内容十六进制DeviceAddress0AFunctionCode05StartAddress(Hibyte)00StartAddress(Lobyte)0BForceData(Hibyte)FFForceData(Lobyte)00图(2-12)：ExampleofFunctionCode-5Messagewww.PLCworld.cnFunctionCode-6：写入AO一点资料，Address规定与FunctionCode-3一样。由DeviceAddress13写入RegisterAddress40112的A0资料，通信协议内StartAddress为111。设定16bits整数值为999即是十六进制0x03E7。QueryMessage通信内容十六进制DeviceAddress0DFunctionCode06StartAddress(Hibyte)00StartAddress(Lobyte)6FPresetData(Hibyte)03PresetData(Lobyte)E7以QueryMessage作为ResponseMessage传回。ResponseMessage通信内容十六进制DeviceAddress0DFunctionCode06StartAddress(Hibyte)00StartAddress(Lobyte)6FPresetData(Hibyte)03PresetData(Lobyte)E7图(2-13)：ExampleofFunctionCode-6Messagewww.PLCworld.cnFunctionCode-15：写入DO多点资料，Address规定与FunctionCode-2一样。由DeviceAddress17写入RelayAddress10011–10022的D0资料，通信协议内StartAddress为10，写入点数12。所设定状态如下：第一个ForceDatabyteBit01010101Relay1817161514131211第二个ForceDatabyteBit00000011Relay----22212019QueryMessage通信内容十六进制DeviceAddress11FunctionCode0FStartAddress(Hibyte)00StartAddress(Lobyte)0ANo.ofrelay(Hibyte)00No.ofrelay(Lobyte)0CByteCount02ForceData(Relay18–11)55ForceData(Relay22–19)03以QueryMessage前面6bytes作为ResponseMessage回传。ResponseMessage通信内容十六进制DeviceAddress11FunctionCode0FStartAddress(Hibyte)00StartAddress(Lobyte)12No.ofrelay(Hibyte)00No.ofrelay(Lobyte)03图(2-14)：ExampleofFunctionCode-15Messagewww.PLCworld.cnFunctionCode-16：写入AO多点资料，Address规定与FunctionCode-3一样。由DeviceAddress39写入RegisterAddress40310–40312的A0资料，通信协议内StartAddress为309，写入点数3。写入数值如下所示：每个register数值为16bits整数值。Register40310设定值：784Register40311设定值：12706Register40312设定值：－16183QueryMessage通信内容十六进制DeviceAddress27FunctionCode10StartAddress(Hibyte)01StartAddress(Lobyte)35No.ofregisters(Hibyte)00No.ofregister(Lobyte)03Bytecount06Data-1(Hibyte)03Data-1(Lobyte)10Data-2(Hibyte)31Data-2(Lobyte)A2Data-3(Hibyte)C0Data-3(Lobyte)C9以QueryMessage前面6bytes作为ResponseMessage回传。ResponseMessage通信内容十六进制DeviceAddress27FunctionCode10StartAddress(Hibyte)01StartAddress(Lobyte)35No.ofregisters(Hibyte)00No.ofregister(Lobyte)03图(2-15)：ExampleofFunctionCode-16Messagewww.PLCworld.cnFunctionCode-20：读取GeneralReferenceRegister，此为ExtendedMemoryFile。此Register可分成10个File编号为FileNo.1-10，每个File开头Address都为600000。每个Register都可以读取或写入。注意此RegisterAddress使用者定义时600000起算，Protocol内部offset由0起算。与HoldingRegsiter（使用者定义40001起算，Protocol内部offset由0起算）稍有不同。本FunctionCode可以分成多数个Group读取不同Address的资料。由DeviceAddress17读取下列两个Group的Register值Group1由File4、开始Addressoffset为1、读取2点Register。Group2由File3、开始Addressoffset为9、读取2点Register。QueryMessage通信内容十六进制DeviceAddress11FunctionCode14ByteCount0EGroup-1ReferenceType06Group-1FileNo.(Hibyte)00Group-1FileNo.(Lobyte)04Group-1StartAddr.(Hibyte)00Group-1StartAddr.(Lobyte)01Group-1RegistersCount(Hibyte)00Group-1RegistersCount(Lobyte)02Group-2ReferenceType06Group-2FileNo.(Hibyte)00Group-2FileNo.(Lobyte)03Group-2StartAddr.(Hibyte)00Group-2StartAddr.(Lobyte)09Group-2RegistersCount(Hibyte)00Group-2RegistersCount(Lobyte)02www.PLCworld.cnResponseMessage如下。ResponseMessage通信内容十六进制DeviceAddress11FunctionCode14ByteCount0CGroup-1ByteCount05Group-1ReferenceType06Group-1Data-1(Hibyte)0DGroup-1Data-1(Lobyte)FEGroup-1Data-2(Hibyte)00Group-1Data-2(Lobyte)20Group-2ByteCount05Group-2ReferenceType06Group-2Data-1(Hibyte)33Group-2Data-1(Lobyte)CDGroup-2Data-2(Hibyte)00Group-2Data-2(Lobyte)40图(2-16)：ExampleofFunctionCode-20Messagewww.PLCworld.cnFunctionCode-21：写入GeneralReferenceRegister，Address规定与FunctionCode-20一样。由DeviceAddress17写入下列一个Group的Register值Group1由File4、开始Addressoffset为7、写入3点Register。Register600007设定值：1711Register600008设定值：1214Register600009设定值：4109QueryMessage通信内容十六进制DeviceAddress11FunctionCode15ByteCount0DGroup-1ReferenceType06Group-1FileNo.(Hibyte)00Group-1FileNo.(Lobyte)04Group-1StartAddress(Hibyte)00Group-1StartAddress(Lobyte)07Group-1RegistersCount(Hibyte)00Group-1RegistersCount(Lobyte)03Group-1Data-1(Hibyte)06Group-1Data-1(Lobyte)AFGroup-1Data-2(Hibyte)04Group-1Data-2(Lobyte)BEGroup-1Data-3(Hibyte)10Group-1Data-3(Lobyte)0D以QueryMessage全部bytes作为ResponseMessage回传。图(2-17)：ExampleofFunctionCode-21Messagewww.PLCworld.cn1.4ExceptionCode说明异常码（ExceptionCode）是用来表示，当有任何通信资料异常时，由Slave不回传正常资料，而回传错误码号（ErrorCode）以提供Master做异常处理。其Message格式以下表为例说明：由DeviceAddress13写入RegisterAddress42450的A0资料，通信协议内StartAddress为2449。设定16bits整数值为999即是十六进制0x03E7。QueryMessage通信内容十六进制DeviceAddress0DFunctionCode06StartAddress(Hibyte)09StartAddress(Lobyte)91PresetData(Hibyte)03PresetData(Lobyte)E7因为该Modbus设备，只提供最大RegisterAddress为42048，所以超出范围，需要回传ErrorCode：2（ILLEGALDATAADDRESS）。同时将FunctionCode最左边Bit设定为1表示此Function有ExceptionCode。ResponseMessage通信内容十六进制DeviceAddress0DFunctionCode86ErrorCode02图(2-18)：ExceptionMessageformat由以上可知处理ExceptionCode，将原有的FunctionCode的最左边Bit设定为1，然后将适合的Errorcode代入。ErrorCode内容说明1ILLEGALFUNCTION此FunctionCode不能被Slave所处理。可能FunctionCode错误或此Slave设备未定义此Function。2ILLEGALDATAADDRESS所要求的Address超出范围。最常见的错误为StartAddress加上处理的点数超出Address最大值。3ILLEGALDATAVALUE所传送过来的数值不合Slave的规定。例如：FunctionCode-6为设定某一点CoilON或OFF，其Value只能有两个值ON:0xFF00、OFF:0x0000，如果是其它值则为不合法。www.PLCworld.cn4SLAVEDEVICEFAILURE当Slave处理所要求的FunctionCode，发生不可预期的错误。5ACKNOWLEDGE当Slave接到一种FunctionCode需要较长时间处理时，避免Master等待ResponseMessage未到而产生通信逾时。所以先送此Code，然后Master再以PollingProgramFunctionCode要求处理结果。6SLAVEDEVICEBUSYSlave正处理其它事情，目前没有时间处理所要求的FunctionCode，先回传此ErrorCode，然后Master稍后传送再一次QueryMessage。7NEGATIVEACKNOWLEDGE以FunctionCode-13、14要求处理时，Slave无法处理则回传此Errorcode，然后Slave必须再要求Slave传送检查（diagnostic）后讯息。8MEMORYPARITYERROR使用于FunctionCode-20、21的extensionmemory的处理，当此memory发生parity错误时，回传此ErrorCode。9未定义。10GATEWAYPATHUNAVAILABLE适用于Gateway的产品，表示Gateway无法于内部建立一个inputport至outputport的路径或处理程序等。最常见的错误是此Gateway未做使用上定义（configuration）。11GATEWAYTARGETDEVICEFAILEDTORESPOND适用于Gateway的产品，当转送MasterQueryMessage至目标Slave设备时，对方未有响应，可传送此Errorcode至Slave。此种最常见的现象是该目标Slave设备并未于网络上。图(2-19)：ExceptionCode定义表2串行式的通信协议2.1DeviceAddress的规定此DeviceAddress是用来表示于ModbusDevice的编号，于同一条串行式联机上，此编号必须是唯一的，才能区分出各别ModbusDevice。于ModbusMessage内，规定ASCII格式为2bytes字符，或RTU为1byte(8bits)。其有效数值为0-247，其中1-247各别ModbusDevice编号用，0做为广播（broadcast）通信的特殊用途，会被所有SlaveDevice接受执行，此种broadcast用法，并不是为每一种ModbusDevice的标准功能请注意。实际使用上常常会发生的无法通信的现象，必须确认DeviceAddress是否有设定或重复设定的操作，此为最常发现的错误点。2.2RTU及ASCII两种资料格式前一个章节已经举例说明两种资料的基本格式，于此再说明一些重要原则。列于下表www.PLCworld.cnRTUASCIIMessage内容照原始值传送每一个原始值字符都转换为2个十六进制ASCIICode，所传送的数目为RTU的两倍。以未收到下一个字符的时间间隔，来区分出每段Message，于通信应用程序的设计上较复杂。通信协议定义是未接到3.5字符的时间，表示Message结束。但是实际上每种Device硬件执行效率不同，完全依照协议设计，有时还会通信断线现象。最好的设计是比协议时间稍长，以保证收到完整Message。以特殊的起始字符及结束字符，区