如何快速掌握plc或工控機與其他設備的modbus通訊協議？包括格式與實際過程

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RT，本人從事工控行業多年，對於PLC與觸摸屏也算比較熟悉，唯獨對這個通訊協議比較難理解，請教高人指導，從什麼地方開始下手，或者是說如何正確理解報文格式或正確寫入

Modbus協議是OSI模型的第七層的應用層通訊協議，定義了不同類型設備間交換信息方式，以及信息的格式。

Modbus的工作方式是請求/應答，每次通訊都是主站先發送指令，可以是廣播，或是向特定從站的單播，從站響應指令，並按要求應答，或者報告異常。當主站不發送請求時，從站不會自己發出數據，從站和從站之間不能直接通訊。

Modbus協議的報文（或幀）的基本格式是：

表頭 + 功能碼 + 數據區 + 校驗碼

功能碼和數據區在不同類型的網路都是固定不變的，表頭和校驗碼則因網路底層的實現方式不同而有所區別。表頭包含了從站的地址，功能碼告訴從站要執行何種功能，數據區是具體的信息。

圖1是一次請求和應答的過程。

圖1

先以串列通訊的Modbus為例（注意Modbus TCP的報文表頭和校驗碼是不一樣的），主站發送了：

09 03 00 04 00 03 XX

主站告訴從站09，我要讀取的地址偏移為4、5、6的Holding Register的數值。其中"03"是讀Holding Register的功能碼，"00 04 00 01"是數據區，"00 04"是寄存器的地址，"00 03"說明要連續讀三個寄存器的值。"XX"代表最後的校驗位，校驗方法是LRC或CRC。

從站收到信息後，就從對應的寄存器找到數值，回復：

09 03 06 02 2B 00 01 00 64 XX

從站回答，該地址偏移為4的寄存器值為02 2B，地址偏移為5的寄存器值為00 01，地址偏移為6的寄存器值為00 64。其中"09 03"是複製了主站發來的地址和功能碼，"06"代表接下來的數據共有6個位元組。

如果從站收到了一個錯誤的請求，例如發現要讀的寄存器地址是錯誤的，則回復：

09 83 02 XX

其中"83"是把功能碼"03"的最高位置1，告訴主站發生了異常，"02"是異常碼，說明發生了無效地址的異常。

Modbus的四種數據類型

Coil：大小只有1位，ON或OFF，可讀可寫，既可以是一個輸出量輸出點，也可以是數字量輸入點，有效的地址範圍是1-9999。

Input Status：大小只有1位，ON或OFF，只讀，即數字量輸出點，有效地址範圍是10001-19999。

Input Register：16位的寄存器，只讀，可以用作模擬量或16位打包輸入點，有效地址範圍是30001-39999。

Holding Register：16位的寄存器，可讀可寫，既可以是一個模擬量或16位打包輸入點，也可以是模擬量或16位打包輸出點，有效地址範圍是40001-49999。

在PLC或DCS上用點名標記不同的變數，在Modbus則以數據地址來標記每個點。以上所說的地址都是參考地址，而不是實際的物理地址。上述的地址是在設備中的地址，按照PLC的習慣從1開始遞增，而Modbus報文中是從0開始遞增。例如地址偏移為4、5、6的Holding Register，其實是指參考地址是40005、40006、40007的寄存器。

Modbus TCP、Modbus RTU和Modbus ASCII的區別

對於不同類型的網路，Modbus的第7層實現是一樣的，區別在於下層的實現方式，常見的有TCP/IP和串列通訊兩種。

Modbus TCP基於乙太網和TCP/IP協議，Modbus RTU和Modbus ASCII則是使用非同步串列傳輸（通常是RS-232/422/485）。

圖2

對於Modbus TCP而言，主站通常稱為Client，從站稱為Server；而對於Modbus RTU和Modbus ASCII來說，主站是Master，從站是Slave。

如圖2所示，串列傳輸的物理層是RS-485或RS-232，數據鏈路層是Modbus的串列傳輸協議；Modbus TCP的1、2、3、4層實現和日常所見的乙太網、網際網路一樣。Modbus默認採用的TCP埠號是502。

圖3說明了Modbus TCP的改動：

取消了校驗位。數據鏈路層上就進行了CRC-32的校驗，TCP/IP是面向連接的可靠性的協議，因此沒必要再加上校驗位。
Slave地址換成了Unit Identifier。當網路里的設備全是使用TCP/IP，這個地址是沒有意義的，因為IP就能進行路由定址。如果網路里還有串列通訊的設備，則需要網關來實現Modbus TCP到Modbus RTU或ASCII之間的協議轉換，這時用Unit Identifier來標識網關後面的每個串列通訊設備。
Length是指後面的位元組總數。實際上數據區的長度是能確定的，有的功能碼就可以確定數據區的長度，有的功能碼雖不能確定數據區長度，但是數據區有位元組計數，參見上文舉的從站應答的例子。表頭增加的Length是為了應對有些情況下TCP/IP協議會將應用層的數據拆包傳輸。
Transaction Identifier和Protocol
Identifier由Client生成，Server的響應將複製這些參數。

圖3

RTU和ASCII的區別

RTU模式下，一個位元組的數據，傳輸的就是一個位元組。ASCII模式下，同樣一個位元組數據用了兩個位元組來傳輸。

例如，要傳輸數字0x5B，RTU傳輸的是0101 1011（二進位），而ASCII傳輸的是00110101和01000010。可見，ASCII傳輸的速率是RTU的一半。

ASCII模式採用LRC校驗，RTU模式採用16位CRC校驗。

Modbus資料

MODBUS
Protocol Specification——Modbus總體功能介紹

Modbus
Serial Line Protocol and Implementation Guide V1.02——串列通訊的實現MODBUS TCP/IP——Modbus TCP的實現

Modicon Modbus Protocol Reference Guide——Modbus最早起源於Modicon

Modbus協議非常簡單，這也是它為啥被幾乎所有工控領域供應商支持的原因。總共就那麼幾條指令，還完全是公開的。
Modbus Technical Resources 找幾個文檔看看就夠了。

網上的東西不錯，過於零零碎碎了，不好系統學習。

其實，modbus雖然比較簡單，但是如果不注意有很多坑，特別是寄存器的位數，大小端處理，浮點數，長整數的處理等等。目前也沒有什麼合適的書籍系統介紹，幫助理解的。

剛剛搜了一下，只有最近清華出版的《Modbus軟體開發實戰指南》不錯，應該是Modbus開發方面第一書，很系統很全面，各種代碼都是開源的。內容著重講述如何快速入門並精通Modbus軟體開發技術，適用於初學Modbus通信協議的讀者，京東淘寶都有吧，可以看看。

MODBUS網關也不難，不管是走RS485或者RS232，就是物理通信第七層協議。具體的MODBUS網關產品應用可以參考：工業交換機_串口伺服器_RS232轉RS485_串口轉wifi_乙太網光纖轉換器