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。
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 | 英文含义解析 | 位/字操作 | 操作数量 |
---|---|---|---|---|
0x01 | 读线圈状态 | READ COIL STATUS | 位操作 | 单个或多个 |
0x02 | 读离散量输入状态 | READ INPUT STATUS | 位操作 | 单个或多个 |
0x03 | 读保持寄存器 | READ HOLDING REGISTER | 字操作 | 单个或多个 |
0x04 | 读输入寄存器 | READ INPUT REGISTER | 字操作 | 单个或多个 |
0x05 | 写单个线圈 | WRITE SINGLE COIL | 位操作 | 单个 |
0x06 | 写单个保持寄存器 | WRITE SINGLE REGISTER | 字操作 | 单个 |
0x0F | 写多个线圈 | WRITE MULTIPLE COIL | 位操作 | 多个 |
0x10 | 写多个保持寄存器 | WRITE MULTIPLE REGISTER | 字操作 | 多个 |
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 |
---|---|---|---|---|---|
1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 |
---|---|---|---|---|---|
1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 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1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 |
---|---|---|---|---|---|
1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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