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MODBUS是OSI模型第7层上的应用层报文传输协议,它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。 自从1979年出现工业串行链路的事实标准以来,MODBUS使成千上万的自动化设备能够通信。目前,继续增加对简单而雅观的MODBUS结构支持。互联网组织能够使TCP/IP栈上的保留系统端口502访问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。本文件的作用是描述MODBUS事务处理框架内使用的功能码。
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GB/T ××××—××××
前 言...................................................................................................................................................................0
第一部分:Modbus 协议..................................................................................................................................2
1 引言.................................................................................................................................................................2
1.1 范围......................................................................................................................................................2
1.2 规范性引用文件..................................................................................................................................2
2 缩略语.............................................................................................................................................................3
3 背景概要.........................................................................................................................................................3
4 总体描述.........................................................................................................................................................4
4.1 协议描述..............................................................................................................................................4
4.2 数据编码..............................................................................................................................................6
4.3 MODBUS 数据模型............................................................................................................................6
4.4 MODBUS 事务处理的定义...............................................................................................................7
5 功能码分类.....................................................................................................................................................8
5.1 公共功能码定义..................................................................................................................................9
6 功能码描述...................................................................................................................................................10
6.1 01 (0x01)读线圈................................................................................................................................10
6.2 02 (0x02)读离散量输入....................................................................................................................12
6.3 03 (0x03)读保持寄存器....................................................................................................................13
6.4 04(0x04)读输入寄存器.....................................................................................................................15
6.5 05 (0x05)写单个线圈........................................................................................................................17
6.6 06 (0x06)写单个寄存器....................................................................................................................19
6.7 15 (0x0F) 写多个线圈.......................................................................................................................20
6.8 16 (0x10) 写多个寄存器...................................................................................................................22
6.9 20 (0x14) 读文件记录.......................................................................................................................24
6.9.1 21 (0x15) 写文件记录............................................................................................................26
6.10 22 (0x16) 屏蔽写寄存器.................................................................................................................29
6.11 23 (0x17) 读/写多个寄存器............................................................................................................31
6.12 43 (0x2B)读设备识别码.................................................................................................................33
7 MODBUS 异常响应.....................................................................................................................................38
的实现指南......................................................................................................................................................40
1 引言...............................................................................................................................................................42
1.1 范围....................................................................................................................................................42
1.2 协议概述............................................................................................................................................42
1.3 约定....................................................................................................................................................43
1.4 一致性................................................................................................................................................44
1.5 缩略语................................................................................................................................................44
2 Modbus 数据链路层.....................................................................................................................................45
2.1 Modbus 主站/从站协议原理............................................................................................................45
2.2 Modbus 地址规则..............................................................................................................................46
2.3 Modbus 帧描述..................................................................................................................................46
2.4 主站/从站状态图..............................................................................................................................47
2.4.1 主站状态图............................................................................................................................47
2.4.2 从站状态图............................................................................................................................48
2.4.3 主站/从站通信时序图...........................................................................................................49
2.5 两种串行传输模式...........................................................................................................................50
0
GB/T ××××—××××
2.5.1 RTU 传输模式........................................................................................................................50
2.5.2 ASCII 传输模式.....................................................................................................................54
2.6 差错检验方法....................................................................................................................................57
2.6.1 奇偶检验................................................................................................................................57
2.6.2 帧检验.....................................................................................................................................57
3 物理层...........................................................................................................................................................58
3.1 引言....................................................................................................................................................58
3.2 数据信号发送速率...........................................................................................................................58
3.3 电气接口............................................................................................................................................59
3.3.1 多点串行总线结构................................................................................................................59
3.3.2 2 线-MODBUS 定义..............................................................................................................60
3.3.3 可选的 4 线-MODBUS 定义.................................................................................................61
3.3.4 RS232-MODBUS 定义..........................................................................................................64
3.3.5 RS232-MODBUS 要求..........................................................................................................65
3.4 多点系统需求....................................................................................................................................65
3.4.1 无中继器情况下,最大设备数量........................................................................................66
3.4.2 拓扑结构................................................................................................................................66
3.4.3 长度.........................................................................................................................................66
3.4.4 接地形式................................................................................................................................66
3.4.5 线路终端................................................................................................................................66
3.4.6 线路极性偏置........................................................................................................................67
3.5 机械接口............................................................................................................................................67
3.5.1 2 线-MODBUS 连接器的输出引脚......................................................................................68
3.5.2 可选 4 线-MODBUS 连接器输出引脚.................................................................................69
3.5.3 可选 RS232-MODBUS 中的 RJ45 与 9 引脚 D 型连接器输出引脚...................................70
4 安装和文件...................................................................................................................................................72
4.1 安装....................................................................................................................................................72
4.2 用户指南............................................................................................................................................72
4.2.1 任何 Modbus 产品 :...............................................................................................................72
4.2.2 实现了可选项的 Modbus 产品 :...........................................................................................72
5 实现等级.......................................................................................................................................................73
6 附录...............................................................................................................................................................74
6.1 附录 A – 串行链路诊断计数器的管理...........................................................................................74
6.1.1 总体描述................................................................................................................................74
6.1.2 计数器管理流程图................................................................................................................75
6.2 附录 B - LRC/CRC 的生成..............................................................................................................79
6.2.1 LRC 的生成............................................................................................................................79
6.2.2 CRC 的生成...........................................................................................................................79
6.3 附录 E – 规范性引用文件................................................................................................................88
Modbus .org Modbus Application Protocol Specification..............................................................................88
第三部分:Modbus 协议在 TCP/IP 上..........................................................................................................89
1 引言...............................................................................................................................................................90
1.1 范围....................................................................................................................................................90
1.2 客户机/服务器模型..........................................................................................................................90
1.3 规范性引用文件...............................................................................................................................90
1
GB/T ××××—××××
2 缩略语...........................................................................................................................................................91
3 背景概要.......................................................................................................................................................92
3.1 协议描述............................................................................................................................................92
3.1.1 总体通信结构........................................................................................................................92
3.1.2 TCP/IP 上的 MODBUS 应用数据单元.................................................................................93
3.1.3 MBAP 报文头描述................................................................................................................93
3.2 MODBUS 功能码描述.....................................................................................................................94
4 功能描述.......................................................................................................................................................95
4.1 MODBUS 组件结构模型.................................................................................................................95
4.2 TCP 连接管理...................................................................................................................................97
4.2.1 连接管理模块........................................................................................................................97
4.2.2 操作模式对 TCP 连接的影响.............................................................................................100
4.2.3 访问控制模块......................................................................................................................101
4.3 TCP/IP 栈的使用.............................................................................................................................101
4.3.1 BSD 套接字接口的应用......................................................................................................102
4.3.2 TCP 层参数配置..................................................................................................................103
4.3.3 IP 层的参数配置..................................................................................................................105
4.4 通信应用层......................................................................................................................................105
4.4.1 MODBUS 客户端................................................................................................................105
4.4.2 MODBUS 服务器端.............................................................................................................111
5 实现指南.....................................................................................................................................................116
5.1 对象模型示意图..............................................................................................................................116
5.1.1 TCP 管理程序包..................................................................................................................117
5.1.3 通信层程序包.......................................................................................................................119
5.1.4 接口类...................................................................................................................................120
5.2 通信实现的类的示意图.................................................................................................................121
5.3 序列图..............................................................................................................................................121
5.4 类和方法的描述.............................................................................................................................124
5.4.1 MODBUS 服务器端的类....................................................................................................124
5.4.2 MODBUS 客户机类............................................................................................................125
类名:CMODBUSClient..............................................................................................................125
5.4.3 接口的类..............................................................................................................................125
类名:CInterfaceIndicationMsg...................................................................................................125
类名:CInterfaceResponseMsg....................................................................................................126
5.4.4 连接管理类..........................................................................................................................126
类名:CConnexionMngt..............................................................................................................126
2
GB/T ××××—××××
前 言
-----------串行链路和 TCP/IP 上的 MODBUS 标准介绍
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
MODBUS 串行链路取决于 TIA/EIA 标准:232-F 和 485-A。
·TCP/IP 上的 MODBUS
MODBUS TCP/IP 取决于 IETF 标准:RFC793 和 RFC791 有关。
串行链路和 TCP/IP 上的 MODBUS 是根据相应 ISO 层模型说明的两个通信规程。
下图强调指出了该标准的主要部分。绿色方框表示规范。灰色方框表示已有的国际标
准(TIA/EIA 和 IETF 标准)。
MODBUS 标准分为三部分。第一部分(“Modbus 协议规范”)描述了 MODBUS 事
物处理。第二部分(“MODBUS 报文传输在 TCP/IP 上的实现指南”)提供了一个有助于
开发者实现 TCP/IP 上的 MODBUS 应用层的参考信息。第三部分(“MODBUS 报文传
输在串行链路上的实现指南”)提供了一个有助于开发者实现串行链路上的 MODBUS
应用层的参考信息。
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GB/T ××××—××××
第一部分:Modbus 协议
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