工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能產(chǎn)線控制MODBUSTCP通信協(xié)議解析主講教師：馮廣磊#0D7F47#06381F#C2F1C8#FFC30C#FFF2CB如何自動開啟空調(diào)并調(diào)整室內(nèi)燈光？ModbusTCP（ModbusTCP/IP）是一種工業(yè)通信協(xié)議，它是Modbus協(xié)議的一種實現(xiàn)方式，專為在以太網(wǎng)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上運行而設(shè)計。7.應(yīng)用層MODBUS應(yīng)用層MODBUS+/HDL物理層主站、從站RS232、RS422或RS485EthernetⅡ/802.3以太網(wǎng)物理層基于TCP的ModbusTCPIP4.傳輸層3.網(wǎng)絡(luò)層2.數(shù)據(jù)鏈路層1.物理層Modbus數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)區(qū)對象類型訪問類型描述線圈位讀寫這種類型的數(shù)據(jù)可以被應(yīng)用程序程序修改，表示開關(guān)狀態(tài)的輸出信號。離散量輸入位只讀這種類型的數(shù)據(jù)通常由輸入/輸出(I/0)系統(tǒng)提供，表示開關(guān)狀態(tài)的輸入信號輸入寄存器16位字只讀這種類型的數(shù)據(jù)通常由I/0系統(tǒng)提供，表示模擬量輸入的數(shù)據(jù)或其他只讀信息。保持寄存器16位字讀寫這種類型的數(shù)據(jù)可以被應(yīng)用程序程序修改，用于存儲數(shù)據(jù)或配置參數(shù)。Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)在協(xié)議傳輸過程中的表達形式，它也是協(xié)議中約定的對從站設(shè)備的可訪問數(shù)據(jù)的一種抽象。Modbus中的數(shù)據(jù)模型主要有以下四種。Modbus地址模型為了簡化數(shù)據(jù)模型與設(shè)備存儲區(qū)的對應(yīng)關(guān)系，引入了一種地址模型。該地址模型通過編號的方式對不同類型數(shù)據(jù)進行區(qū)分，各數(shù)據(jù)的地址編號見下表。數(shù)據(jù)區(qū)Modbus地址編號編號范圍（1-65536）編號范圍（1-9999）PLC地址寄存器地址PLC地址寄存器地址線圈0000001-0655360x0000-0xFFFF00001-099990x0000-0x270E離散量輸入1100001-1655360x0000-0xFFFF10001-199990x0000-0x270E輸入寄存器3300001-3655360x0000-0xFFFF30001-399990x0000-0x270E保持寄存器4400001-4655360x0000-0xFFFF40001-499990x0000-0x270EModbus功能碼Modbus中常用的功能碼有8個，可以分為位操作和字操作兩類，如表所示。功能碼描述PLC地址位/字操作操作數(shù)量0x01讀線圈寄存器00001-09999位操作單個或多個0x02讀離散輸入寄存器10001-19999位操作單個或多個0x03讀保持寄存器40001-49999字操作單個或多個0x04讀輸入寄存器30001-39999字操作單個或多個0x05寫單個線圈寄存器00001-09999位操作單個0x06寫單個保持寄存器

40001-49999字操作單個0x0F寫多個線圈寄存器00001-09999位操作多個0x10寫多個保持寄存器40001-49999字操作多個Modbus

TCP

數(shù)據(jù)幀ModbusTCP的數(shù)據(jù)幀可分為兩部分：MBAP+PDU，如下圖所示。MODBUSTCP/IPADUMBAP報文頭功能碼數(shù)據(jù)PDU報文頭MBAPMBAP為報文頭，依賴于可靠的網(wǎng)絡(luò)層，長度為7字節(jié)，組成如下：內(nèi)容長度描述事務(wù)處理標識2字節(jié)可以理解為報文的序列號，每次通信過程中主站和從站的報文幀的事務(wù)標識符需保持一致。一般每次通信之后就要加1以區(qū)別不同的通信數(shù)據(jù)報。協(xié)議標識2字節(jié)固定值為0x0000，表示ModbusTCP協(xié)議。長度2字節(jié)表示接下來的數(shù)據(jù)長度，單位為字節(jié)。單元標識符1字節(jié)表示目標從站的地址。幀結(jié)構(gòu)PDUPDU由功能碼+數(shù)據(jù)組成。功能碼為1字節(jié)，數(shù)據(jù)長度不定，根據(jù)功能碼的不同而有所區(qū)別，包含要操作的數(shù)據(jù)地址和數(shù)據(jù)值等。功能碼參照Modbus功能碼。連接建立客戶端（Master）使用TCP協(xié)議與服務(wù)器（Slave）建立連接，通常使用IANA分配的ModbusTCP端口號502。Modbus

TCP通信過程請求發(fā)送客戶機向服務(wù)器發(fā)送請求消息，請求讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。響應(yīng)接收服務(wù)器接收到客戶機的請求后，根據(jù)請求的功能碼執(zhí)行相應(yīng)的操作，并生成響應(yīng)消息。異常處理如果服務(wù)器無法滿足客戶機的請求，或者執(zhí)行請求時發(fā)生錯誤，服務(wù)器將生成一個異常響應(yīng)消息。連接關(guān)閉通信任務(wù)完成后，客戶端可以關(guān)閉TCP連接。Modbus

TCP協(xié)議通信示例0x01功能碼：讀輸出線圈事務(wù)處理標識協(xié)議標識符長度單元標識符功能碼起始地址數(shù)據(jù)長度發(fā)送報文2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)

示例000700000006030100130010事務(wù)處理標識協(xié)議標識符長度單元標識符功能碼字節(jié)計數(shù)讀取值返回報文2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)

示例0007000000050301022F27示例含義發(fā)送：在從站3(0x03)中，讀取起始地址為0x0013的線圈數(shù)據(jù)，讀取線圈的數(shù)量為16(0x0010)個。返回：數(shù)據(jù)長度為2(0x02)個字節(jié)，數(shù)據(jù)為0x2F27，對應(yīng)的二進制為0010111100100111，所在位上為1表示線圈為ON，為0表示線圈為OFF。Modbus

TCP協(xié)議通信示例0x02功能碼：讀離散量輸入事務(wù)處理標識協(xié)議標識符長度單元標識符功能碼起始地址數(shù)據(jù)長度發(fā)送報文2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)

示例000800000006030200130010事務(wù)處理標識協(xié)議標識符長度單元標識符功能碼字節(jié)計數(shù)讀取值返回報文2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)

示例0008000000050302022F27示例含義發(fā)送：在從站3(0x02)中，讀取起始地址為0x0013的離散量輸入數(shù)據(jù)，讀取輸入狀態(tài)的數(shù)量為16(0x0010)個。返回：數(shù)據(jù)長度為2(0x02)個字節(jié)，數(shù)據(jù)為0x2F27，對應(yīng)的二進制為0010111100100111，所在位上為1表示離散量輸入為ON，為0表示離散量輸入為OFF。Modbus

TCP協(xié)議通信示例0x03功能碼：讀保持寄存器事務(wù)處理標識協(xié)議標識符長度單元標識符功能碼起始地址數(shù)據(jù)長度發(fā)送報文2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)

示例000900000006030300130002事務(wù)處理標識協(xié)議標識符長度單元標識符功能碼字節(jié)計數(shù)讀取值返回報文2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)

示例0009000000070303043D152F27示例含義發(fā)送：在從站3(0x03)中，讀取開始地址為0x0013的保持寄存器數(shù)據(jù)，讀取保持寄存器的數(shù)量為2個。返回：數(shù)據(jù)長度為4(0x04)個字節(jié)，數(shù)據(jù)為3D152F27，第一個保持寄存器的值為0x3D15，第二個保持寄存器的值為0x2F27。Modbus

TCP協(xié)議通信示例0x04功能碼：讀輸入寄存器事務(wù)處理標識協(xié)議標識符長度單元標識符功能碼起始地址數(shù)據(jù)長度發(fā)送報文2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)

示例001000000006020400130002事務(wù)處理標識協(xié)議標識符長度單元標識符功能碼字節(jié)計數(shù)讀取值返回報文2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)

示例0010000000070204043D152F27示例含義發(fā)送：在從站2(0x02)中，讀取起始地址為0x0013的輸入寄存器數(shù)據(jù)，讀取輸入寄存器的數(shù)量為2個。返回：數(shù)據(jù)長度為4(0x04)個字節(jié)，數(shù)據(jù)為3D152F27，第一個輸入寄存器的值為0x3D15，第二個輸入寄存器的值為0x2F27。Modbus

TCP協(xié)議通信示例0x05功能碼：寫單個線圈事務(wù)處理標識協(xié)議標識符長度單元標識符功能碼起始地址寫入值發(fā)送報文2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)

示例0010000000060505000BFF00示例含義發(fā)送：主設(shè)備要求從站設(shè)備（地址5）從線圈地址0x000B開始，寫入單個線圈數(shù)據(jù)，寫入值為1。其中：通斷標識FF00，表示線圈置ON;0000表示線圈置OFF。返回報文：原文返回。Modbus

TCP協(xié)議通信示例0x06功能碼：寫單個寄存器事務(wù)處理標識協(xié)議標識符長度單元標識符功能碼起始地址寫入值發(fā)送報文2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)

示例0010000000060506000B00EC示例含義發(fā)送：主設(shè)備要求從站設(shè)備（地址5）從寄存器地址0x000B開始，寫入單個寄存器數(shù)據(jù)，寫入值為0x00EC。返回報文：原文返回。Modbus

TCP協(xié)議通信示例0x0F功能碼：寫多個線圈事務(wù)處理標識協(xié)議標識符長度單元標識符功能碼起始地址線圈數(shù)量返回報文2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)示例001100000006030F000B0010示例含義發(fā)送：主設(shè)備要求從站設(shè)備（地址3）從線圈地址0x001B開始，連續(xù)寫入16(0x0010)個，寫入的值為2CA0（二進制為0010110010100000，1代表所在位線圈置1，0代表所在線圈置0）。返回：起始地址為0x000B,寫入線圈數(shù)量為16個。事務(wù)處理標識協(xié)議標識符長度單元標識符功能碼起始地址線圈數(shù)量字節(jié)計數(shù)寫入值發(fā)送報文2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)示例001100000009030F000B0010022CA0Modbus

TCP協(xié)議通信示例0x10功能碼：寫多個寄存器事務(wù)處理標識協(xié)議標識符長度單元標識符功能碼起始地址數(shù)量字節(jié)計數(shù)寫入值發(fā)送報文2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)示例00120000000B0710001B0002041A092CA0事務(wù)處理標識協(xié)議標識符長度單元標識符功能碼起始地址數(shù)量返回報文2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)