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第一章
Modbus 协议
□
□
介绍 Modbus 协议介绍
□
□
两种串行传输模式
□
□
信息帧
□
□
错误检查方法
PI-MBUS-300 Modbus Protocol
1
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/3028173/bg2.jpg)
Modbus 协议介绍
Modbus 可编程控制器之间可相互通讯,也可与不同网络上的其他设备进行通讯,支撑网络有 Modicon 的 Modbus 和
Modbus+工业网络。网络信息存取可由控制器内置的端口,网络适配器以及 Modicon 提供的模块选件和网关等设备实现,
对 OEM(机械设备制造商)来说,Modicon 可为合作伙伴提供现有的程序,可使 Modbus+网络紧密地集成到他们的产品设计
中去。
Modicon 的各种控制器使用的公共语言被称为 Modbus 协议,该协议定义了控制器能识别和使用的信息结构。当在
Modbus 网络上进行通讯时,协议能使每一台控制器知道它本身的设备地址,并识别对它寻址的数据,决定应起作用的类
型,取出包含在信息中的数据和资料等,控制器也可组织回答信息,并使用 Modbus 协议将此信息传送出去。
在其他网络上使用时,数据包和数据帧中也包含着 Modbus 协议。如,Modbus+或 MAP 网络控制器中有相应的应用程
序库和驱动程序,实现嵌入式 Modbus 协议信息与此网络中用子节点设备间通讯的特殊信息帧的数据转换。
该转换也可扩展,处理节点地址,路由,和每一个特殊网络的错误检查方法。如包含在 Modbus 协议中的设备地址,
在信息发送前就转换成节点地址,错误检查区也用于数据包,与每个网络的协议一致,最后一点是需用 Modbus 协议,写
入嵌入的信息,定义应处理的动作。
Modbus Protocol PI-MBUS-300
2
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/3028173/bg3.jpg)
图 1 说明了采用不同通讯技术的多层网络中设备的互连方法。在信息交换中,嵌入到每个网络数据包中的 Modbus 协
议,提供了设备间能够交换数据的公共的语言。
图 1:Modbus 协议应用示意图
* MB+为 Modbus
PI-MBUS-300 Modbus Protocol
3
主处理器
4 个
Modus
设 备 或 网
络
编程器
编程器
(去 MB+)
S980(去 MAP)
AT/HC-984
和
HOST/MMHI
AT/HC-984
和
HOST/MMHI
984A/B
和
S985
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/3028173/bg4.jpg)
Modbus 上的数据传输
Modicon 控制器上的标准 Modbus 端口是使用一个 RS-232 兼容的串行接口,定义了连接器,接线电缆,信号等级,传
输波特率,和奇偶校验,控制器可直接或通过调制解调器(以后简称 Modems)接入总线(网络)。控制器通讯使用主从技术,
即主机能起动数据传输,称查询。而其它设备(从机)应返回对查询作出的响应,或处理查询所要求的动作。典应的主机设
备应包括主处理器和编程器。典应的从机包括可编程控制器。
主机可对各从机寻址,发出广播信息,从机返回信息作为对查询的响应。从机对于主机的广播查询,无响应返回
Modbus 协议报据设备地址,请求功能代码,发送数据,错误校验码,建立了主机查询格式,从机的响应信息也用 Modbus
协议组织,它包括确认动作的代码,返回数据和错误校验码。若在接收信息时出现一个错误或从机不能执行要求的动作时 ,
从机会组织一个错误信息。并向主机发送作为响应。
在其它总线上传输数据
除标准的 Modbus 功能外,有些 Modcon 控制器内置端口或总线适配器,在 Modbus+总线上实现通讯或使用网络适配
器,在 MAP 网络上通讯。
在这些总线上,控制器间采用对等的技术进行通讯,即任意一个控制器可向其它控制器启动数据传送。因此,一台控
制器既可作为从机,也可作为主机,常提供多重的内部通道,允许并列处理主机和从机传输数据
在信息级,尽管网络通讯方法是对等的,但 Modbus 协议仍采用主从方式,若一台控制器作为主机设备发送一个信息,则
可从一台从机设备返回一个响应,类似,当一台控制器接受信息时,它就组织一个从机设备的响应信息,并返回至原发送
信息的控制器。
查询响应周期:
图 2:主从查询响应周期
查询:
查询中的功能代码为被寻址的从机设备应执行的动作类型。数据字节中包含从机须执行功能的各附加信息,如功能代
码 03 将查询从机,并读保持寄存器。并用寄存器的内容作响应。该数据区必须含有告之从机读取寄存器的起始地址及数量,
错误校验区的一些信息,为从机提供一种校验方法,以保证信息内容的完整性。
响应:
从机正常响应时,响应功能码是查询功能码的应答,数据字节包含从机采集的数据,如寄存器值或状态。如出现错误 ,
则修改功能码,指明为错误响应。并在数据字节中含有一个代码,来说明错误,错误检查区允许主机确认有效的信息内容。
Modbus Protocol PI-MBUS-300
4
主机查询信息
设备地址
功能代码
8 位
数据字节
错误校验
设备地址
功能代码
8 位
数据字节
错误校验
从机响应信息
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/3028173/bg5.jpg)
两种串行传输模式
控制器可使用 ASCII 或 RTU 通讯模式,在标准 Modbus 上通讯。在配置每台控制器时,用户须选择通讯模式以及串行
口的通讯参数。(波特率,奇偶校验等),在 Modbus 总线上的所有设备应具有相同的通讯模式和串行通讯参数。
选择 ASCII 或 RTU 模式用于标准的 Modbus 总线。它定义了总线上串行传输信息区的“位”的含义,决定信息打包及解
码方法。
如在 MAP 和 Modbus+总线上时,Modbus 信息以帧的方式出现,并与串行传输无关,如请求读保持寄存器可以在
Modbus+上的两个控制器之间处理,而与使用的控制器的 Modbus 端口无关。
ASCII 模式
当控制器以 ASCII 模式在 Modbus 总线上进行通讯时,一个信息中的每 8 位字节作为 2 个 ASCII 字符传输的,这种模
式的主要优点是允许字符之间的时间间隔长达 IS,也不会出现错误。
ASCII 码每一个字节的格式:
编码系统: 16 进制,ASCII 字符 0-9,A-F 1 个 16 进制
数据位: 1 起始位
7 位数据,低位先送
奇/偶校验时 1 位;无奇偶校验时 0 位
(LRC)1 位带校验 1 停止位;无校验 2 止位
错误校验区: 纵向冗余校验
RTU 模式
控制器以 RTU 模式在 Modbus 总线上进行通讯时,信息中的每 8 位字节分成 2 个 4 位 16 进制的字符,该模式的主要优
点是在相同波特率下其传输的字符的密度高于 ASCII 模式,每个信息必须连续传输。
RTU 模式中每个字节的格式:
编码系统:8 位二进制,十六进制 0-9,A-F
数据位: 1 起始位
8 位数据,低位先送
奇/偶校验时 1 位;无奇偶校验时 0 位
停止位 1 位(带校验);停止位 2 位(无校验)
带校验时 1 位停止位;无校验时 2 位停止位
错误校验区:循环冗余校验(CRC)
Modbus 信息帧
何论是 ASCII 模式还是 RTU 模式,Modbus 信息以帧的方式传输,每帧有确定的起始点和结束点,使接收设备在信息
的起点开始读地址,并确定要寻址的设备 (广播时对全部设备),以及信息传输的结束时间。可检测部分信息,错误可作为
一种结果设定。
对 MAP 或 Modbus+协议可对信息帧的起始和结束点标记进行处理,也可管理发送至目的地的信息,此时,信息传输
中 Modbus 数据帧内的目的地址已无关紧要,因为 Modbus+地址已由发送者或它的网络适配器把它转换成网络节点地址和
路由。
ASCII 帧
在 ASCII 模式中,以(:)号(ASCII3AH)表示信息开始,以回撤一换行键(CRLF) (ASCII OD 和 OAH)表示信息结束。
对其它的区,允许发送的字符为 16 进制字符 0-9,A-F。网络中设备连续检测并接收一个冒号(:)时,每台设备对地址区
解码,找出要寻址的设备。
字符之间的最大间隔为 1S,若大于 1S,则接收设备认为出现了一个错误。
典型的信息帧见下表
PI-MBUS-300 Modbus Protocol
5
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