One.Modbus TCP

Modbus由MODICON于1979年开发,是工业现场总线协议的标准。1996年,Schneider推出了基于Ethernet TCP/IP的Modbus协议:ModbusTCP。
Modbus协议是一个应用程序级的报告协议,它包含三个报告类型: ASCII、RTU和TCP。
标准的Modbus协议物理层接口包括RS232、RS422、RS485和Ethernet(modbus TCP)接口,并使用主机/slave通信。
ModbusTCP数据框架:
ModbusTCP数据框架可以分成两个部分: MBAP+PDU。

1.1标题MBAP

MBAP是一个长7个字符的标题,内容如下:

例如,一个单帧modbus TCP消息如下:00 01 00 00 00 06 0106 08 00 12 34
第一个七个字符(红色部分)是为标题MBAP。

1.2框架结构PDU

PDU由函数代码+数据组成,函数代码为1字节,而数据长度取决于特定函数。
功能码：
Modbus有四个操作对象:一个循环,一个离散输入,一个保持注册,和一个输入注册。

PDU详细结构：
1. 0x01:读循环状态
从车站读取1至200个连续环, ON = 1, OFF = 0
请求:MBAP函数代码初始地址H初始地址L数量H数量L(12字节)
答复:MBAP函数代码数据长度数据(一个地址数据是1位)
例如,从0x01站读取循环数据的起始地址0x002读取0x008位元
00 01 00 00 00 06 01 01 00 02 00 08
返回:数据长度为0x01字节,数据为0x01,第一个环是开,其余是关
00 01 00 00 00 04 01 01 01 01

2. 0x02:读离散输入
从一个站点读取1至200个连续离散输入状态
请求:MBAP函数代码初始地址H初始地址L数量H数量L(12字节)
答复:MBAP函数代码数据长度数据(长度:9+天线(编号/8))
从地址0x00开始读取0x0012离散输入
00 01 00 00 00 06 01 02 00 00 00 12
返回:数据长度为0x03字节,数据为0x01 04 00,表示第一个离散输入和第11个离散输入是开的,其余是关的
00 01 00 00 00 06 01 02 03 01 04 00

3.0x03:阅读和保持注册表
从远程设备读取维护记录的连续块内容
请求: MBAP函数码 起始地址 H 起始地址 L 登记册数 H 登记册数 L (12 字节)
答复:MBAP函数码数据长度内存数据(长度:9+内存数x2)
初始地址为0x00,存档数为0x003
00 01 00 00 00 06 01 03 00 00 00 03
返回:数据长度为0x06,第一个登记数据为0x21,其余为0x00
00 01 00 00 00 09 01 03 06 00 21 00 00 00 00

4.0x04:读取输入注册表
从远程设备读取1至200个连续输入记录
请求: MBAP函数码 起始地址 H 起始地址 L 登记册数 H 登记册数 L (12 字节)
答复:MBAP函数码数据长度内存数据(长度:9+内存数x2)
读取初始地址为0x002,登记数据的数目为0x005
00 01 00 00 00 06 01 04 00 02 00 05
返回:数据长度为0x0A,第一个登记数据为0x0c,其余为0x00
00 01 00 00 00 0D 01 04 0A 00 0C 00 00 00 00 00 00 00 00

5.0x05:写一个单环
从一个站点写出输出到开或关,0xFF00请求输出到开,0x00请求输出到关
请求:MBAP函数代码输出地址H输出地址L输出值H输出值L(12字节)
答复:MBAP函数代码输出地址H输出地址L输出值H输出值L(12字节)
例如:设置地址的循环为0x003到ON
00 01 00 00 00 06 01 05 00 03 FF 00
回：写入成功
00 01 00 00 00 06 01 05 00 03 FF 00

6.0x06:写单行登记
在远程设备上写一个保持登记
请求：MBAP 功能码 寄存器地址H 寄存器地址L 寄存器值H 寄存器值L（共12字节）
响应：MBAP 功能码 寄存器地址H 寄存器地址L 寄存器值H 寄存器值L（共12字节）
例如,将数据写入0x00地址0x00A的注册表
00 01 00 00 00 06 01 06 00 00 00 0A
回：写入成功
00 01 00 00 00 06 01 06 00 00 00 0A

7.0x0F(15):写多个循环
执行从站点发出的循环的序列中每个循环的开关或关闭,并在数据区域配置的位请求的相应输出位点上开关,并在0位置配置的位请求的响应上关闭
请求: MBAP函数代码 开端地址 H 开端地址 L 输出数 H 输出数 L 字符长度 输出值 H 输出值 L
答复: MBAP函数代码 开端地址 H 开端地址 L 输出号码 H 输出号码 L

8.0x10(16):写多个保持者
在远程设备中编写连续注册表块(1~123个注册表)
请求: MBAP 函数码 起始地址 H 起始地址 L 登记台数 H 登记台数 L 字符长 登记台数 (13+ 登记台数 x 2)
答复:MBAP函数码开端地址H开端地址L登记册数H登记册数L(12字节)
如：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
00 01 00 00 00 09 01 10 00 00 00 01 02 00 0F
回：写入成功
00 01 00 00 00 06 01 10 00 00 00 01

1.3 库函数调用

下列函数分别执行上述八项函数,并给出发送数据的格式:

1.4写入基本类封装的基本函数

为方便与其他客户通话,上述函数通过将它们包入一个基本类来实现,在基础类中执行上面8项中的读写操作,当客户端需要调用Modbus功能时,只需要继承上面的基类,并扩展相关的函数功能,简单易用。下面给出了modbus_tcp和modbus_tcp.cpp程序。
modbus_tcp.hpp

modbus_tcp.cpp

main.cpp

编译 & 执行：

g++ main.cpp modbus_tcp.cpp -lmodbus -std=c++17
./a.out

输出结果：

二、Modbus RTU

在一般工业场景中,使用modbus RTU场景较多,基于序列协议的modbus RTU方法数据,包含工业总线协议,如RS232/485。与modbus TCP不同,RTU没有消息头的MBAP字段。然而,最后我们添加了两个CRC测试字符(CRC16),由于网络协议中的自跟踪,因此在TCP协议中不需要CRC校正代码。RTU和TCP的通用使用基本上是相同的.当创建一个modbus对象时,它只是不同的,TCP需要传递网络插座信息;RTU需要传递串行相关信息。

2.1 使用示例

当您需要给远程主机写一个值,例如给01地址的设备,0x0105将保持主机写一个数据:0x0190例如,您需要构造一个数据框架如下:

主要发射器:01 06 01 05 01 90 99 CB
01表示从机地址，06功能码表示写单个保持寄存器，0105表示寄存器地址，0190表示写入寄存器的数值，99 CB为CRC校验值。
如果机器正确接收数据,则将返回数据帧:

机器回答: 01 06 01 05 01 90 99 CB
因此作为主机,编写数据的过程是:

• 构造一个Modbus-RTU数据框架
• 等待从机响应的数据
• 如果响应数据正确, 写成功, 否则写失败.

2.2 编写在基本类包中的基本函数

为方便与其他客户通话,上述函数通过将它们包入一个基本类来实现,在基础类中执行上面8项中的读写操作,当客户端需要调用Modbus功能时,只需要继承上面的基类,并扩展相关的函数功能,简单易用。Modbus_rtu 是下面的.hpp 和 modbus_rtu.cpp 程序。
modbus_rtu.hpp

modbus_rtu.cpp

main.cpp

编译 & 执行：

g++ main.cpp modbus_tcp.cpp -lmodbus -std=c++17
./a.out

2.3虚拟串行终端

在构造modbus_rtu对象时,可以看到输入参数,包括"/dev/pts/4",这表示串行输出端口的文件名,RS232/485通信通常使用USB接收器进行(使用硬件芯片进行电平转换,如CH340），因此,生成的串行通信端口通常是“/dev/ttyUSB0”类型的。在我的测试中，因为没有USB端口工具,因此,测试以虚拟序列方式进行,索卡特工具在这里使用。
安装索卡特工具:
sudo apt install socat
在虚拟循环打开之前,在设备下面检查/dev/pts:

开启虚拟串口：
socat -d -d PTY PTY

打开虚拟循环后,请在/dev/pts下查看设备:

如果虚拟循环总是有效,你必须让苏卡特继续跑。使用"minicom -D /dev/pts/5 -b 9600",打开一个串口终端，使用"minicom -D /dev/pts/6 -b 9600"打开另一个串行端口。在 minicom命令中,输入命令,它可以在另一个小型电话终端接收。

安装modbuslib库

3.对1个modbuslib库的介绍

libmodbus，基于C语言实现的Modbus驱动程序库,作者是史蒂芬,支持Linux、Mac OS X、FreeBSD、QNX和Win32操作系统,主要应用在PC上，用来开发上位机，也可以交叉编译源代码,以适配更多的平台，例如,ARM Linux。源代码开源，遵照LGPL-2.1许可。目前的版本是3.1.6,Github仓库提交的最后期限是2021年5月21日。

官方网站：

www.libmodbus.org

开源地址：

github.com/stephane/libmodbus

3.2 Modbuslib库安装

1.获取源代码
使用Git工具将GitHub代码仓库源本地下载,这样你就可以得到最新的libmodbus代码,但也有一些错误。

git clone https://github.com/stephane/libmodbus/

如果下载速度很慢,你可以下载到我的吉蒂仓库:

git clone https://gitee.com/whik/libmodbus

或从官方仓库下载最新的稳定版本v3。1.6:

libmodbus.org/releases/libmodbus-3.1.6.tar.gz

下载完成后,它 locally被解压缩,Linux系统可以使用tar -zxvf libmodbus-3.0.6.Tar.gz命令行解压缩:
libmodbus支持下列功能:

3.3modbuslib库函数

• 支持Modbus-RTU和Modbus-TCP
• 支持01/02/03/04/05/06/07/0F/10/11/16/17等通用功能代码
• 支持行类型读写、登记读写、离散读写等。
• 支持广播地址0,从机器地址1-247
• 支持浮点数和格式化数据转换, 大和小端等。
• 参数是基于Modbus_Application_Protocol_V1_1b.PDF官方标准文档设计,例如读写线圈的最大数目、读写注册表的最大数目等。
• 源代码是用C语言编写的,并且易于跨平台移植,只有11个文件。

本文由 在线网速测试 整理编辑，转载请注明出处，原文链接：https://www.wangsu123.cn/news/31420.html。