Modbus通讯协议使用常见问题分析

 Modbus协议最初由Modicon公司开发出来，是针对PLC设备设计的基于串行总线的主从模式的应用层总线设备协议。ModbusTCP是封装在TCP包内的Modbus协议，虽然有一些变化，但是根本上还是主从模式。
 随着嵌入式技术的发展，国内很多系统的控制和采集单元部分为公司自主研发，我一般建议这些公司的串行通讯协议采用Modbus协议，在和客户的沟通中，我发现很多常见的针对modbus协议理解错误，现在分析如下：
 1、modbus的保持和输入寄存器是以word（16bit）为单位的。（Data is packed as two bytes per register.）
 比如4****（保持寄存器/输出寄存器）和3****（输入寄存器）是以字为单位的。
 所以，如果读40001寄存器开始的一个16位的无符号数，那么返回2个Byte，并可以从40002开始读下一个16位的无符号数。但是，如果读40001寄存器开始的一个32位浮点数，那么，返回4个Byte，而且，下一个32位浮点数必须从40003开始。
 客户问题：
 1）、将40001定义为一个Byte的数据；
 2）、将40001定义为32位浮点数，40002为下一个32位浮点数。
 我们可以参考一下国标GBT_19582-1 2008 （基于Modubs协议的工业自动化网络规范）的功能码表：
 2、寄存器最小地址为1，而报文起始地址为0。（Register 1 is addressed as 0）
 在数据报文中,所有的modbus地址都是从0开始的。也就是首次出现的数据项在报文中的地址为0。比如：（All data addresses in Modbus messages are referenced to zero. The first occurrence of a data item is addressed as item number zero. For example:）
 在控制器中，“线圈1”在Modbus报文的地址域中的地址为00 00。
 （The coil known as ‘coil 1’ in a programmable controller is addressed as coil
 0000 in the data address field of a Modbus message.）
 线圈127的十六进制报文地址为007E hex（十进制的126）
 Coil 127 decimal is addressed as coil 007E hex (126 decimal).
 保持寄存器40001的报文地址为00 00。因为报文功能码明确要操作“保持寄存器”，所以，协议就以“4XXXX”代表这个寄存器。
 Holding register 40001 is addressed as register 0000 in the data address field
 of the message. The function code field already specifies a ‘holding register’
 operation. Therefore the ‘4XXXX’ reference is implicit.
 保持寄存器40108的报文地址为006B hex (十进制107） 
 Holding register 40108 is addressed as register 006B hex (107 decimal).
 上面摘自Modicon_Modbus协议.pdf Page27
 总之，Modbus地址一般指4****（保持寄存器/输出寄存器）和3****（输入寄存器），这时应用层面的：
 比如设备说明书可以简要说明设备支持Modbus RTU标准协议，并详细描述其地址对应关系为：40001 --  模拟量采集通道1，16位有符号数，.....。
 比如组态软件的地址设置，一般为输出寄存器，从地址1开始，连续多少个。或者指明400001：16位有符号数。
 但是，在数据报文层面，寄存器起始地址从0开始。
 数据报文包括：设备地址+功能码+起始地址+寄存器个数+校验位。其中，起始地址是从0开始的。
 举例说明：从设备17读40001开始的2个寄存器数据的报文
 设备地址  功能码 起始地址  寄存器个数 校验
 11              03          00 00         00 02              --
 客户问题：
 1）、使用和定义40000地址；
 2）、分析报文时，直接将报文起始地址当作应用层寄存器地址。 
 3、Modbus的写寄存器命令的不同。
 常用Modbus寄存器有：线圈（Coil）、输入（Input）、保持寄存器（Holding Registers）和输入寄存器（Input Registers）。
 从Modbus设备角度看，输入是上位机采集Modbus设备的信息，也就是这些寄存器是只读的，所以，Modbus协议没有写输入（Input）和输入寄存器（Input Registers）的命令。
 线圈（Coil）是状态量，对应Modbus设备的开关量输出（DO），保持寄存器（Holding Registers）是模拟量，对应Modbus设备模拟量输出（AO），这些寄存器需要Modbus设备的上位机进行设置，也就是为可以写的寄存器。
 在Modicon_Modbus协议 协议中，写线圈（Coil）和保持寄存器（Holding Registers）都有两种写命令：
 1）、写单个寄存器：
 置单线圈（Force Single Coil）功能码05（0x05）
 写单个寄存器（Preset Single Holding Register）功能码06（0x06）
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 2）、写多个寄存器
 写多线圈（Force Multiple Coils）功能码15（0x0F）
 写多个寄存器（Preset Multiple Registers）功能码16（0x10）
 问题1：
 在测试某些DCS系统支持写操作不全面，比如针对Holding Register，只支持16功能码，当定制Modbus设备只支持06功能码写的时候，出现这个DCS系统不能写此Modbus设备。
 问题2：
 有的Modbus设备对写命令没有返回，这样设备的上位机就不能确定这次写是否成功。