MODBUS入门讲义
Modbus协议讲解
Modbus协议讲解一、概述Modbus协议是一种通信协议，用于在自动化领域中传输数据。
它是一种简单且广泛应用的协议，被用于连接不同设备和系统，如工业控制系统、仪器仪表和数据采集设备等。
本文将详细讲解Modbus协议的基本原理、通信方式以及数据传输格式等内容。
二、Modbus协议的基本原理Modbus协议基于主从架构，其中主设备负责发起通信请求，而从设备则负责响应请求并提供数据。
通信可以通过串行或以太网等方式进行。
三、Modbus协议的通信方式1. Modbus RTU通信方式Modbus RTU是一种串行通信方式，使用二进制编码进行数据传输。
在Modbus RTU通信中，每个数据帧由起始位、从站地址、功能码、数据和校验位组成。
2. Modbus ASCII通信方式Modbus ASCII也是一种串行通信方式，但使用ASCII编码进行数据传输。
与Modbus RTU相比，Modbus ASCII通信方式更易于调试，但传输速度较慢。
3. Modbus TCP通信方式Modbus TCP是一种基于以太网的通信方式，使用TCP/IP协议进行数据传输。
与串行通信方式相比，Modbus TCP具有更高的传输速度和更大的通信距离。
四、Modbus协议的数据传输格式1. 寄存器地址Modbus协议使用寄存器地址来标识设备中的数据。
寄存器地址可以是输入寄存器（IR）、保持寄存器（HR）、离散输入寄存器（DI）或线圈寄存器（CO）。
2. 功能码功能码用于指定通信请求的类型。
常见的功能码包括读取单个寄存器（03H）、写入单个寄存器（06H）和读取多个寄存器（10H）等。
3. 数据格式Modbus协议支持多种数据格式，如16位整数、32位整数、浮点数等。
数据格式的选择取决于具体的应用需求。
五、Modbus协议的应用场景1. 工业控制系统Modbus协议广泛应用于工业控制系统中，用于实现设备之间的数据交换和控制命令传输。
modbus协议教程
在本章主要讲述如何利用软件通过通讯口来操控该系列仪表。
本章内容的掌握需要您具有MODBUS协议的知识储备并且通读了本册其它章节所有内容，对本产品功能和应用概念有较全面了解。
本章内容包括：MODBUS协议简述，通讯应用格式详解，本机的应用细节及参量地址表。
1.1 MODBUS协议简述ACRXXXE系列仪表使用的是MODBUS-RTU通讯协议，MODBUS协议详细定义了校验码、数据序列等，这些都是特定数据交换的必要内容。
MODBUS协议在一根通讯线上使用主从应答式连接（半双工），这意味着在一根单独的通讯线上信号沿着相反的两个方向传输。
首先，主计算机的信号寻址到一台唯一的终端设备（从机），然后，终端设备发出的应答信号以相反的方向传输给主机。
MODBUS协议只允许在主机（PC，PLC等）和终端设备之间通讯，而不允许独立的终端设备之间的数据交换，这样各终端设备不会在它们初始化时占据通讯线路，而仅限于响应到达本机的查询信号。
1.2 查询—回应周期1.2.1 查询查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。
数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息。
例如功能代码03是要求从设备读保持寄存器并返回它们的内容。
数据段必须包含要告之从设备的信息：从何寄存器开始读及要读的寄存器数量。
错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法。
1.2.2 回应如果从设备产生一正常的回应，在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应。
数据段包括了从设备收集的数据：如寄存器值或状态。
如果有错误发生，功能代码将被修改以用于指出回应消息是错误的，同时数据段包含了描述此错误信息的代码。
错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用。
1.3 传输方式传输方式是指一个数据帧内一系列独立的数据结构以及用于传输数据的有限规则，下面定义了与MODBUS 协议–RTU方式相兼容的传输方式。
每个字节的位：·1个起始位·8个数据位，最小的有效位先发送·无奇偶校验位·1个停止位错误检测(Error checking)：CRC（循环冗余校验）1.4 协议当数据帧到达终端设备时，它通过一个简单的―端口‖进入被寻址到的设备，该设备去掉数据帧的―信封‖（数据头），读取数据，如果没有错误，就执行数据所请求的任务，然后，它将自己生成的数据加入到取得的―信封‖中，把数据帧返回给发送者。
modbus基础知识
Modbus tour 2005.10
9
Modbus事务处理(无差错)
当服务器对客户机响应时，它使用功能码域来指示正常（无差错）
响应或者出现某种差错（称为异常响应） 对于一个正常响应来说，服务器仅复制原始功能码
客户机
启动请求
功能码 数据请求
服务器
执行操作 启动响应
功能码
数据响应
接收响应
Modbus tour 2005.10
Modbus tour 2005.10
13
Modbus 数据模型
Modbus的数据模型是以一组具有不同特征的表为基础建立的 四个基本表为： 基本表
离散量输入
线圈 输入寄存器 保持寄存器 对象类型 访问类型 注释
单个位
单个位 16位字 16位字
只读
读写 只读 读写
I/O系统可提供这种类型数据
通过应用程序可改变这种类型 数据 I/O系统可提供这种类型数据 通过应用程序可改变这种类型 数据
TIA/EIA-232-F
TIA/EIA-485-A
Modbus tour 2005.10
5
Modbus应用协议规范
Modbus tour 2005.10
6
Modbus通信栈
M odbus 应用层
基于 TCP 的 M odbus TCP IP
其它 其它
M ODBUS+ / HDLC 物理层
主站/从站 EIA/TIA-232 或 EIA/TIA-485
MODBUS技术的基础知识
演讲者:北京交通大学 孙昕
主要内容
概述 Modbus应用协议规范 Modbus协议在串行链路上的实现 Modbus协议在TCP/IP上的实现
Modbus协议讲解
Modbus协议讲解协议概述：Modbus协议是一种通信协议，用于在工业自动化领域中实现设备之间的数据交换。
它是一种简单、开放和易于实施的协议，广泛应用于监控、控制和数据采集等领域。
本文将详细讲解Modbus协议的基本原理、数据格式和通信方式。
一、Modbus协议的基本原理：Modbus协议基于主从架构，其中一个设备充当主机，其他设备则作为从机。
主机负责发起通信请求，从机则响应请求并提供相应的数据。
通信可以通过串口、以太网等方式进行。
二、Modbus协议的数据格式：1. 寄存器：Modbus协议中的数据存储在寄存器中，分为输入寄存器（Input Register）和保持寄存器（Holding Register）。
输入寄存器用于从机向主机提供只读数据，而保持寄存器则用于读写操作。
2. 数据格式：Modbus协议使用16位的寄存器地址来表示数据的位置。
数据可以是16位的整数、32位的浮点数、布尔值等。
在传输过程中，数据以大端字节序进行编码。
3. 功能码：Modbus协议定义了一系列功能码，用于标识通信的目的。
常见的功能码包括读取输入寄存器、读取保持寄存器、写入单个寄存器等。
三、Modbus协议的通信方式：1. RTU模式：RTU模式使用二进制编码进行通信，每个字节之间使用时间间隔进行分隔。
通信速率可以根据实际需求进行调整，常见的速率有9600bps、19200bps等。
2. ASCII模式：ASCII模式使用ASCII字符进行通信，每个字符之间使用时间间隔进行分隔。
相比于RTU模式，ASCII模式的通信速率较慢，但可读性更好。
3. TCP/IP模式：TCP/IP模式使用以太网进行通信，数据通过TCP/IP协议传输。
这种通信方式适用于大规模的工业自动化系统，具有高速和可靠性的优势。
四、Modbus协议的应用领域：Modbus协议广泛应用于工业自动化领域，包括但不限于以下几个方面：1. 监控系统：Modbus协议可用于监控温度、湿度、压力等参数，并将数据传输到中央控制系统。
施耐德Modbus培训教程
04
故障排除
针对定位到的故障点，采取相 应的维修或更换措施，恢复 Modbus系统的正常运行。
预防性维护策略制定和执行
记录与分析
制定维护计划
根据Modbus系统的实际情况 ，制定合理的预防性维护计划 ，明确维护周期、维护内容等 。
定期检查
按照维护计划的要求，定期对 Modbus系统进行检查，包括 通信状态、设备状态、数据记 录等。
过程控制
Modbus协议可用于实现工业自动化系统中 的过程控制，如PID控制、顺序控制等。
施耐德Modbus产品家族介绍
1 Modbus TCP/IP产品
施耐德提供一系列支持Modbus TCP/IP协议的产品， 包括PLC、变频器、触摸屏等。
2 Modbus RTU/ASCII产品
施耐德提供一系列支持Modbus RTU/ASCII协议的产品 ，包括串口服务器、智能仪表等。
05
施耐德Modbus网络架构设计与优 化
网络架构设计原则及拓扑结构选择
可靠性
确保网络在恶劣环境下稳定运行，减 少故障率。
安全性
采取防护措施，防止非法访问和数据 泄露。
网络架构设计原则及拓扑结构选择
• 可扩展性：适应未来业务发展需求，方便扩展和 维护。
网络架构设计原则及拓扑结构选择
星型拓扑
适用于小型网络，具有简单、易 维护的特点。
施耐德Modbus培训教程
目录
• Modbus协议概述 • Modbus通信原理与数据传输 • 施耐德Modbus硬件设备配置与选型 • Modbus软件编程与调试技巧 • 施耐德Modbus网络架构设计与优化 • Modbus安全防护与故障诊断技术
01
Modbus协议概述
Modbus通信协议教程
Modbus通信协议教程一、引言Modbus通信协议是一种常用的工业通信协议，用于在自动化控制系统中传输数据。
本教程旨在向读者介绍Modbus通信协议的基本原理、数据传输方式以及常见的应用场景。
通过学习本教程，读者将能够理解Modbus通信协议的工作原理，并能够在实际应用中使用该协议进行数据通信。
二、Modbus通信协议的基本原理1. Modbus通信协议的定义Modbus通信协议是一种基于主从结构的通信协议，其中主机负责发起通信请求，而从机负责响应请求并提供数据。
该协议采用简单的二进制编码方式进行数据传输。
2. Modbus通信协议的数据传输方式Modbus通信协议支持两种常见的数据传输方式：ASCII和RTU。
ASCII方式将数据转换为可打印字符，而RTU方式则直接将数据转换为二进制形式。
在实际应用中，RTU方式更为常见，因为它具有更高的传输速率和更低的传输延迟。
3. Modbus通信协议的功能码Modbus通信协议定义了一系列功能码，用于指定通信请求的类型。
常见的功能码包括读取保持寄存器、写入单个保持寄存器、读取输入寄存器等。
通过不同的功能码，主机可以向从机请求不同类型的数据。
三、Modbus通信协议的应用场景1. 工业自动化领域Modbus通信协议在工业自动化领域得到广泛应用。
例如，在一个工厂中，主机可以通过Modbus通信协议与多个从机进行通信，实时获取温度、湿度等传感器数据，并根据这些数据进行控制和调节。
2. 智能家居系统Modbus通信协议也可以应用于智能家居系统中。
通过该协议，主机可以与家庭中的各种设备进行通信，例如智能灯泡、智能插座等。
主机可以通过读取和写入寄存器的方式，控制这些设备的开关状态、亮度等。
3. 能源监控系统Modbus通信协议还可以应用于能源监控系统中。
通过该协议，主机可以与电表、水表等设备进行通信，实时获取能源的使用情况，并进行数据分析和报表生成。
四、Modbus通信协议的使用步骤1. 确定通信方式在使用Modbus通信协议之前，需要确定使用的数据传输方式，即ASCII还是RTU。
MODBUS协议详细讲解
MODBUS协议详细讲解其次，MODBUS协议支持多种物理介质，包括串行通信（RS-232、RS-485等）和以太网通信。
这样可以适应不同的通信方式和网络拓扑。
第三，MODBUS协议使用简单的字节序，其中包括地址、功能码、数据和CRC校验。
这使得设备之间的数据传输非常高效。
MODBUS协议定义了一组功能码，用于不同的操作和数据类型。
常用的功能码包括读取线圈状态（0x01），读取输入状态（0x02），读取保持寄存器（0x03），读取输入寄存器（0x04），写单个线圈（0x05），写单个寄存器（0x06）等。
读取线圈状态功能码（0x01）用于读取逻辑线圈的状态，每个线圈可以表示一个布尔值。
读取输入状态功能码（0x02）用于读取输入点的状态，类似于线圈，但输入点通常用于接收信号。
读取保持寄存器功能码（0x03）用于读取16位的数据。
读取输入寄存器功能码（0x04）也是用于读取16位的数据，但通常用于只读操作。
写单个线圈功能码（0x05）用于设置线圈的状态为ON（0xFF00）或OFF（0x0000）。
写单个寄存器功能码（0x06）用于设置寄存器的一个值。
这两个功能码常用于向设备发送控制信号。
总的来说，MODBUS协议是一种简单但功能丰富的通信协议，广泛应用于工业自动化系统。
它通过主从架构实现设备之间的通信，支持多种物理介质和通信方式。
通过定义一组功能码实现不同类型数据的读取和写入。
异常响应机制确保了通信的可靠性。
MODBUS协议的灵活性和可靠性使得它成为工业自动化领域的主流通信协议。
Modbus详细讲述(容易看懂的)
Modbus 一个工业上常用的通讯协议、一种通讯约定。
Modbus协议包括RTU、ASCII、TCP。
其中MODBUS-RTU最常用，比较简单，在单片机上很容易实现。
虽然RTU比较简单，但是看协议资料、手册说得太专业了，起初很多内容都很难理解。
所谓的协议是什么？就是互相之间的约定嘛，如果不让别人知道那就是暗号。
现在就来定义一个新的最简单协议。
例如，协议：“A” --“LED灭”“B” --“报警”“C” --“LED亮”单片机接收到“A”控制一个LED灭，单片机接收到“B”控制报警，单片机接收到“A”控制一个LED亮。
那么当收到对应的信息就执行相应的动作，这就是协议，很简单吧。
先来简单分析一条MODBUS-RTU报文，例如：01 06 00 01 00 17 98 0401 06 00 01 00 17 98 04从机地址功能号数据地址数据CRC校验这一串数据的意思是：把数据0x0017(十进制23) 写入1号从机地址0x0001数据地址。
先弄明白下面的东西。
1、报文一个报文就是一帧数据，一个数据帧就一个报文：指的是一串完整的指令数据，就像上面的一串数据。
2、CRC校验意义：例如上面的98 04 是它前面的数据（01 06 00 01 00 17）通过一算法（见附录2，很简单的）计算出来的结果，其实就像是计算累加和那样。
（累加和：就是010*********加起来的值，然后它的算法就是加法）。
作用：在数据传输过程中可能数据会发生错误，CRC检验检测接收的数据是否正确。
比如主机发出01 06 00 01 00 17 98 04，那么从机接收到后要根据01 06 00 01 00 17 再计算CRC 校验值，从机判断自己计算出来的CRC校验是否与接收的CRC校验（98 04主机计算的）相等，如果不相等那么说明数据传输有错误这些数据不能要。
3、功能号意义：modbus 定义。
见附录1。
作用：指示具体的操作。
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主 机 从机 从机 从机 从机
Mod bus协议
协议定义的内容
协议定义的主机查询格式，包括：从机的编址方法 （或广播），要求动作的功能代码，传输数据和错误校 验等。 协议定义的从机响应格式，包括：动作确认，返回 数据和错误校验等；如果从机在接收信息时发生错误或 不能完成主机要求的动作时，它还将产生一个故障信息 作为响应。
编码系统：8-位二进制 字节的位： 1个开始位
8个数据位（首先发送最低位） 1个奇偶校验位；无校验时则无这一位 1或2个停止位（分别在有和无校验时）
错误校验域：循环冗余校验（CRC）
Mod bus协议
RTU的帧结构（1）
发送设备将Mod bus信息放在一个起点和终点已知的 框架中。这样接收设备就知道从信息的起始点开始取出 其中的地址信息，确定用于哪个设备（广播信息针对所 有的设备），并判断信息是否结束。不完整的信息将会 被发现并当作故障处理。
两种串行传输模式
在标准Mod bus网络，控制器可以配置为ASCII 或RTU或中的任意一种通讯模式。两种模式均定义 了传输信息域中的每一位含义，决定了信息的组织 发送和解码方式。
Mod bus协议
RTU传输模式
RTU （即远程终端单元）模式中，信息里的每个8 位字节均包括两个4位的十六进制字符，其字节格式为：
Mod bus协议
从机响应信息
正常情况下，从机响应的功能代 码与查询的功能代码相对应，数据区 包含根据查询要求收集到的数据，如 寄存器的值或状态等。 当发生通讯错误时，从机响应的 功能代码就转为指示该响应为故障响 应，数据区则包含故障描述代码。 错误校验域允许主机确认信息内 容是否有效。
Mod bus协议
Mod bus协议
查询与响应信息
主机的查询信息 设备地址 功能代码 数据字节 ------数据字节 错误校验 从机的响应信息 设备地址 功能代码 数据字节 ------数据字节 错误校验
Mod bus协议
主机查询信息
查询中的功能代码告诉指定的从 机完成什么样的动作，数据区中包含 了从机执行任务时所需的附加信息， 错误校验区为从机指定了信息完整性 校验的方法。 如功能代码03表示读从机的保持 寄存器并返回其中的内容，数据区则 必须告诉从机从哪个寄存器开始读， 需要读多少个寄存器。
RTU 模式中，新的信息总是以至少3.5个字符的静默 时间（如下页图中的T1-T2-T3-T4）开始，紧接着是地址 域，然后是功能域、数据域、 CRC校验域，当最后一个 字符传输结束，又有一个3.5个字符的静默时间标志本次
传输已经结束。
Mod bus协议
RTU的帧结构（2）
整帧的信息必须以一个连续的数据流进行 传输，如果信息结束前存在超过3.5个字符的静 默时间，接收设备将清除这些不完整的信息， 并错误地认为随后一个字节是新的信息流的地 址部分。 同样，如果新的信息的开始与前一帧 信息的间隔小于3.5个字符时间，接收设备将把 它看作前一个信息的继续。信息的错乱将会导 致最终的CRC域不正确，产生故障。
Mod bus协议
RTU的帧结构（3）
一帧信息的标准结构
开始
T1-T2-T3-T4
地址域
8 bits
功能域
8 bits
数据域
n*8 bits
CRC校验
16 bits
结束
T1-T2-T地址域
信息的地址域包括8位（RTU），从机的有效地址范围为 0-247（十进制），单个从机的地址范围为1-247。 主机寻址从机的方法是将从机的地址信息放在地址域中； 从机返回信息时也将自己的地址放在地址域，以便让主机知 道响应是从哪台从机返回的。地址0表示广播方式，所有的 从机都认可。
CRC=CRC XOR DX
Mod bus协议
字符的串行传输
有奇偶校验时
Start 1 2 3 4 5 6 7 8 Par Stop
无奇偶校验时
Start 1 2 3 4 5 6 7 8 Stop Stop
Mod bus协议
RTU错误校验 方法
标准的Mod bus串行网络中使用了两种错误校验方法：奇 偶校验和CRC校验。奇偶校验是可选择的字符校验方法CRC 校验则用于整帧信息。 字符校验和帧校验都由主机发出，在 信息传输之前 就已经被校验；从机在接收期间将队每个字符 和整条信息进行再次检查。
2#从机…
知道
主 机
1#从机
2#从机
3#从机
4#从机
Mod bus协议
RTU功能域
信息的功能域包括8位（RTU）。当一帧信息由主机传送 到从机时，功能域的编码会告诉从机去干什么。从机对主机 的响应，也使用功能编码的方式，或表示响应正常，或表示 响应异常（称为例外情况响应）。
查询：功能编码0000 0011
主 机
正常响应：功能编码0000 0011 异常响应：功能编码1000 0011
从 机
Mod bus协议
RTU错误校验域(1)
信息的错误校验域包括一个16位数，当作2个8位字节执 行。错误校验值是根据传输信息的内容，利用循环冗余校验 CRC计算的结果。
Mod bus协议
CRC的计算过程
CRC=FFFFH CRC .LSB=0? DX= D1 Y N 已经移动8次 已经移动 次? Y N 是否最后字节? 是否最后字节 CRC.N=CRC.N+1 CRC.MSB=0 Y 结束 DX= Dk N CRC=CRC XOR A001H
Mod bus协议
Modbus协议
Modbus协议是一种串行的主从通讯协议。 Modbus协议定义了串行通讯传输哪些信号。
Mod bus协议
主从通讯方式
采用主从通讯方式的网络中，只有一个设备（称为 “主机”）能够建立协议（称为“查询”）；其它设备 （称为“从机”）只能通过提供数据或做出相应的动作 响应主机的查询。主机既能对某个从机单独访问，又能 对所有的从机发布广播信息。从机对于主机的单独查询 都要返回一个信息（即“响应”），对于主机的广播信 息则无须响应。