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MODBUS TCP协议实例数据帧详细分析

MODBUS TCP协议实例数据帧详细分析

  • 1.简介
  • 2.ModbusTCP数据帧
    • 2.1.报文头MBAP
    • 2.2.帧结构PDU
  • 3.ADU详细结构
    • 3.1. 0x01：读线圈
    • 3.2. 0x02：读离散量输入
    • 3.3. 0x03：读保持寄存器
    • 3.4. 0x04：读输入寄存器
    • 3.5. 0x05：写单个线圈
    • 3.6. 0x06：写单个保持寄存器
    • 3.7. 0x0F：写多个线圈
    • 3.8. 0x10：写多个保持寄存器

1.简介

Modbus由MODICON公司于1979年开发，是一种工业现场总线协议标准。1996年施耐德公司推出基于以太网TCP/IP的Modbus协议：ModbusTCP。Modbus协议是一项应用层报文传输协议，包括ASCII、RTU、TCP三种报文类型。标准的Modbus协议物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太网接口，采用master/slave方式通信。

2.ModbusTCP数据帧

ModbusTCP的数据帧可分为两部分：MBAP+PDU，如下图所示。
MODBUS TCP协议实例数据帧详细分析_第1张图片

2.1.报文头MBAP

MBAP为报文头，长度为7字节，组成如下：

事务处理标识 协议标识 长度 单元标识符
2字节 2字节 2字节 1字节
内容 含义
事务处理标识 可以理解为报文的序列号，一般每次通信之后就要加1以区别不同的通信数据报文
协议标识符 00 00 表示Modbus TCP协议
长度 表示接下来的数据长度，单位为字节。
单元标识符 可以理解为设备地址

2.2.帧结构PDU

PDU由功能码+数据组成。功能码为1字节，数据长度不定，由具体功能决定。
Modbus的操作对象有四种：线圈、离散输入、保持寄存器、输入寄存器。

对象 含义
线圈 PLC的输出位，开关量，在Modbus中可读可写
离散量 PLC的输入位，开关量，在Modbus中只读
输入寄存器 PLC中只能从模拟量输入端改变的寄存器，在Modbus中只读
保持寄存器 PLC中用于输出模拟量信号的寄存器，在Modbus中可读可写
根据对象的不同，Modbus的功能码有：
功能码 含义
– –
0x01 读线圈
0x02 读离散量输入
0x03 读保持寄存器
0x04 读输入寄存器
0x05 写单个线圈
0x06 写单个保持寄存器
0x0F 写多个线圈
0x10 写多个保持寄存器
说明更详细的表如下表所示
功能码 中文含义解析
– –
0x01 读线圈状态
0x02 读离散量输入状态
0x03 读保持寄存器
0x04 读输入寄存器
0x05 写单个线圈
0x06 写单个保持寄存器
0x0F 写多个线圈
0x10 写多个保持寄存器

3.ADU详细结构

3.1. 0x01：读线圈

在从站中读连续线圈状态，ON=1,OFF=0。

  • 请求：
MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 线圈数量H 线圈数量L
7字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节
  • 响应：
MBAP 功能码 线圈数据长度 数据
7字节 1字节 1字节 线圈数据长度个字节

注意：线圈数据长度=1+线圈数/8

如：在从站0x01中，读取开始地址为0x0000的线圈数据，读0x0008位。

  • 请求：
MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 线圈数量H 线圈数量L
00 01 00 00 00 06 01 01 00 00 00 08

如：数据长度为0x01个字节，数据为0x01，第一个线圈为ON，其余为OFF。

  • 响应：

| MBAP | 功能码 | 线圈数据长度 | 数据 |
|–|–|–|–|–|–|
| 00 01 00 00 00 04 01 | 01 | 01 | 01 |

3.2. 0x02：读离散量输入

在从站中读连续离散量输入状态，ON=1,OFF=0。

  • 请求：
MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 离散量输入数量H 离散量输入数量L
7字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节
  • 响应：
MBAP 功能码 离散量输入数据长度 数据
7字节 1字节 1字节 离散量输入数据长度个字节

注意：离散量输入数据长度=1+离散量输入/8

如：在从站0x01中，读取开始地址为0x0000的线圈数据，读0x0008位。

  • 请求：

| MBAP | 功能码 | 起始地址H | 起始地址L | 离散量输入数量H | 离散量输入数量L
|–|–|–|–|–|–|–|–|
|00 01 00 00 00 06 01 | 02 |00 | 00 | 00 | 08 |

如：在从站0x01中，读取开始地址为0x0000的离散量输入数据，读0x008位

  • 响应：
MBAP 功能码 离散量输入数据长度 数据
00 01 00 00 00 04 01 02 01 01

3.3. 0x03：读保持寄存器

在从站中读连续保持寄存器的值

  • 请求：
MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 寄存器数量H 寄存器数量L
7字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节
  • 响应：
MBAP 功能码 数据长度 数据
7字节 1字节 1字节 数据长度个字节

注意：保持寄存器数据长度=保持寄存器数*2

如：在从站0x01中，读取开始地址为0x0000的保持寄存器数据，读0x003个

  • 请求：
MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 寄存器数量H 寄存器数量L
00 01 00 00 00 06 01 03 00 00 00 03
如：数据长度为0x06个字节，第1个寄存器的数据为0x21，其余为0x00。
  • 响应：
MBAP 功能码 数据长度 数据
00 01 00 00 00 09 01 03 06 00 21 00 00 00 00

3.4. 0x04：读输入寄存器

在从站中读连续输入寄存器的值

  • 请求：
MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 寄存器数量H 寄存器数量L
7字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节
  • 响应：
MBAP 功能码 数据长度 数据
7字节 1字节 1字节 数据长度个字节

注意：输入寄存器数据长度=输入寄存器数*2

如：在从站0x01中，读取开始地址为0x0000的输入寄存器数据，读0x003个

  • 请求：
MBAP 功能码 起始地址H 起始地址L 寄存器数量H 寄存器数量L
00 01 00 00 00 06 01 04 00 00 00 03
如：数据长度为0x06个字节，第1个寄存器的数据为0x21，其余为0x00。
  • 响应：

|MBAP| 功能码 | 数据长度 | 数据 |
|–|–|–|–|–|–|
| 00 01 00 00 00 09 01 | 04 | 06 | 00 21 00 00 00 00 |

3.5. 0x05：写单个线圈

将从站中的一个线圈输出写成ON或OFF，0xFF00请求输出为ON,0x000请求输出为OFF

  • 请求：
MBAP 功能码 线圈地址H 线圈地址L 输出值H 输出值L
7字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节
  • 响应：
MBAP 功能码 线圈地址H 线圈地址L 输出值H 输出值L
7字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节

如：在从站0x01中，将地址为0x0000的线圈设置为ON

  • 请求：
MBAP 功能码 线圈地址H 线圈地址L 输出值H 输出值L
00 01 00 00 00 06 01 05 00 00 FF 00
  • 响应：
MBAP 功能码 线圈地址H 线圈地址L 输出值H 输出值L
00 01 00 00 00 06 01 05 00 00 FF 00

3.6. 0x06：写单个保持寄存器

将从站中的一个保持寄存器设置

  • 请求：
MBAP 功能码 保持寄存器地址H 保持寄存器地址L 设置值H 设置值L
7字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节
  • 响应：
MBAP 功能码 保持寄存器地址H 保持寄存器地址L 设置值H 设置值L
7字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节

如：在从站0x01中，将地址为0x0000的保持寄存器设置为0x000A。

  • 请求：
MBAP 功能码 保持寄存器地址H 保持寄存器地址L 设置值H 设置值L
00 01 00 00 00 06 01 06 00 00 00 0A
  • 响应：
MBAP 功能码 保持寄存器地址H 保持寄存器地址L 设置值H 设置值L
00 01 00 00 00 06 01 06 00 00 00 0A

3.7. 0x0F：写多个线圈

将从站中的多个线圈输出写成ON或OFF，线圈输出值每1位“1”请求输出为ON,“0”请求输出为OFF

  • 请求：
MBAP 功能码 线圈起始地址H 线圈起始地址L 线圈数H 线圈数L 线圈输出字节长度 线圈输出值
7字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节
注意：线圈输出字节长度=1+线圈数/8
  • 响应：
MBAP 功能码 线圈起始地址H 线圈起始地址L 线圈数H 线圈数L
7字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节

如：在从站0x01中，将以地址0x0000开始连续的4个线圈设置为ON

  • 请求：
MBAP 功能码 线圈起始地址H 线圈起始地址L 线圈数H 线圈数L 线圈输出字节长度 线圈输出值
00 01 00 00 00 08 01 0F 00 00 00 04 01 0F
  • 响应：
MBAP 功能码 线圈起始地址H 线圈起始地址L 线圈数H 线圈数L
00 01 00 00 00 06 01 0F 00 00 00 04

3.8. 0x10：写多个保持寄存器

写从站中的多个连续的寄存器。

  • 请求：
MBAP 功能码 寄存器起始地址H 寄存器起始地址L 寄存器数H 寄存器数L 寄存器数据字节长度 寄存器数据
7字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节
注意：寄存器数据字节长度=寄存器数量×2
  • 响应：
MBAP 功能码 寄存器起始地址H 寄存器起始地址L 寄存器数H 寄存器数L
7字节 1字节 1字节 1字节 1字节 1字节
如：在从站0x01中，向起始地址为0x0000，数量为0x0001的寄存器写入数据，数据长度为0x02，数据为0x000F。
  • 请求：
MBAP 功能码 寄存器起始地址H 寄存器起始地址L 寄存器数H 寄存器数L 寄存器数据字节长度 寄存器数据
00 01 00 00 00 09 01 10 00 00 00 01 02 00 0F
  • 响应：
MBAP 功能码 寄存器起始地址H 寄存器起始地址L 寄存器数H 寄存器数L
00 01 00 00 00 06 01 10 00 00 00 01

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