modbus协议报文格式(modbus tcp协议报文格式)

这是典型的八字节MODBUS RTU协议指令报，八个字节均是十六进制表示，第一字节的06，是设备地址码，如果同一条通讯线路上搭载若干MODBUS设备，每个设备的地址不能相同，一般都能现场设置，第二个字节01为指令码，不同的寄存器读写，指令码都不一样，01是连续读保若干个持线圈（线圈也可理解为继电器，开关，逻辑变量等）的指令码，第三第四字节 00 16 为保持线圈寄存器存储区地址偏移量，也就是说在保持线圈寄存器区的 0016地址（按二进制位编址）处开始读取线圈状态，第五第六字节0021 是连续读取的线圈寄存器个数，最后第七第八字节1C61是CRC16校验码，是对前面六个字节进行CRC16换算的结果，用于数据正确性验证。

Modbus ASCII或RTU模式仅使用于标准的Modbus协议串行网络，它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一个字节，以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码等功能。当控制器设为在Modbus网络上以ASCII模式通信时，在消息中每个8位(bit)的字节都将作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1s而不产生错误。在ASCII模式下，消息以冒号(:)字符(ASCII码0x3A)开始，以回车换行符结束(ASCII码0x0D，0x0A)。消息帧的其他字段可以使用的传输字符是十六进制的09，AF。处于网络上的Modbus设备不断侦测 “:” 字符，当有一个冒号接收到时，每个设备进入解码阶段，并解码下一个字段(地址域)来判断是否是发给自己的。消息帧中的字符间发送的时间间隔最长不能超过1s，否则接收的设备将认为发生传输错误。传输设备将Modbus报文放置在带有已知起始和结束电的消息帧中，这就要求接收消息真的设备在报文的起始处开始接收，并且要知道报文传输何时结束。另外还必须能够检测到不完整的报文，且能够清晰地设置错误标志。在RTU模式中，消息的发送和接收以至少3.5个字符时间的停顿间隔为标志。实际使用中，网络设备不断侦测网络总线，计算字符间的停顿间隔时间，判断消息帧的起始点。当接收到第一个域(地址域)时，每个设备都进行解码以判断时否时发给自己的。在最后一个传输字符结束之后，一个至少3.5个字符时间的停顿标定了消息的结束，而一个新的消息可以在此停顿后开始。另外，在一帧报文中，必须以连续的字符流发送整个报文帧。如果两个字符之间的空闲间隔大于1.5个字符时间，那么认为报文帧不完整，该报文将丢失。简单来说，3.5个字符时间间隔的目的是作为区别前后两帧数据的分隔符。例如：串口参数设置为1位起始位，8位数据位，1位校验位，1位停止位。这样1个字符就博爱阔11位，那么3.5个字符就是3.5*11=38.5位。此时波特率设置位9600bps，即每秒传输数据为9600个位的数据。那么换算一下，38.5个二进制位数据需要的时间就是38.5*(1000/9600)=4.0104167ms。那么在波特率9600bps的情况下，相邻的两帧数据的起始和结束之间至少有≥4.0104167ms的时间间隔。为了时间RTU通信中的时间间隔管理，定时器将引起大量的中断处理，在较高的通信波特率下将导致CPU沉重负担。为此，规定当波特率≤19200bps时，需要严格遵守时间间隔。在波特率＞19200bps时，时间间隔使用固定值。地址域即通信帧中的地址字段，内容为从设备地址。Modbus消息帧的地址域包含2个字符（ASCII模式）或者1个字节（RTU模式）。从设备的地址是0~247（十进制），单个设备的实际地址范围是1~247，地址0作为广播地址。主设备发送消息时将从设备地址放到地址域中以便从设备识别此消息是否是发给自己的。从设备回复主设备时会将自己的地址放到回应消息的地址域中以便主设备识别是哪个从设备返回的数据。功能吗用于表示消息帧的功能。功能码域由1个字节构成，取值范围为1~255（十进制）。从设备根据功能码执行相应的功能，执行完成后在响应消息帧中设置同样的功能码。如果出现异常，返回的消息帧中将功能码最高位（MSB）设置为1。数据域存放功能码需要操作的具体数据。数据域以字节为单位，长度可变。在Modbus串行通信中，更具传输模式（ASCII和RTU）的不同，差错校验域采用了不同的校验方式。在Modbus TCP/IP协议中，串行链路中的主/从设备分别演变位客户端/服务器端设备。Modbus协议在TCP/IP上的实现实在TCP/IP协议层上的应用，它需要一个完整的TCP/IP协议栈作为支撑，Modbus TCP/IP服务器端通常使用端口502作为接收报文的端口。为了便于传输或者提取各报文，保证报文传输的完整性，Modbus协议在应用数据单元（ADU）中引入了附加字段。如串行链路中的报文分隔符+LRC校验和时间间隔+CRC校验。同样的，在TCP/IP网络上的Modbus协议也引入了一个称为MBAP（Modbus Application Header）报文头的字段。Modbus TCP/IP协议最大帧数据长度为260字节，其中字节0~6构成MBAP报头。单元标识符如果是Modbus服务器连接到Modbus+或Modbus串行链路子网，并通过一个网桥或网关配置这个服务器的IP地址，则Modbus单元标识符对识别连接到网桥或网关后的子网的从站设备是必须的。TCP连接中的目的IP地址识别了网桥本身的地址，而网桥则使用Modbus单元标识符将请求转交给正确的从站设备。对单纯的Modbus TCP/IP设备来说，利用IP地址即可寻址Modbus服务器端设备，此时Modbus单元标识符是无用的，必须使用0xFF填充。当对直接连接到TCP/IP网络上的Modbus服务器寻址时，建议不要在“单元标识符”域使用有效的Modbus从站地址。查询与响应报文举例在Modbus TCP/IP模式下，不需要校验字段。但在特殊场合，例如串行Modbus协议转Modbus TCP的情况下，串行协议数据可以完整的装在到Modbus TCP协议的数据字段，这时CRC或者LRC差错校验字段仍然存在。例如Modbus RTU Over TCP/IP或modbus ASCII Over TCP/IP等。

由于软件编程错误，对协议理解错误或通讯干扰等原因，MODBUS通信子站接收到主站的报文后，可以采用异常响应报文给予回答，异常响应报文格式举例如下：FC 05H 主站=>子站：远方复归报文内容含义备注1字节MODBUS地址01H 举例1字节功能码05H1字节线圈地址高字节01H1字节线圈地址低字节07H1字节强制线圈数值高字节FFH1字节强制线圈数值低字节00H1字节CRC高字节3CH1字节CRC低字节07H异常响应报文 子站=>主站报文内容含义备注1字节MODBUS地址01H 举例1字节功能码85H1字节异常代码02H1字节CRC高字节C3H1字节CRC低字节51H子站通过校验，发现主站报文有问题，将响应报文将主站的功能码最高位（D7）置1，如例子中的02H，异常响应报文中有固定的一个字节作为“异常代码”，表示异常原因。异常代码含义01非法功能码。子站无法处理主站报文中的功能码。02非法数据地址。子站无法处理主站报文中的数据地址。03非法数据内容。主站报文中的数据不能满足子站的要求格式。04子站设备错误。05确认帧。06子站忙。

数据类型。Modbus是一种用于工业控制的标准通信协议，它定义了装置之间在应用层的消息封装模式、沟通方法、沟通顺序。 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。

Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus具有以下几个特点：(1)标准、开放，用户可以免费、放心地使用Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。目前，支持Modbus的厂家超过400家，支持Modbus的产品超过600种。(2)Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。(3)Modbus的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单。什么是Modbus RTU协议？Modbus RTU协议是一种通信方式，允许在可编程逻辑控制器(PLC)与计算机之间进行数据交换。电子设备可以使用Modbus协议通过串行线路交换信息。Modbus RTU(远程终端单元)是原始Modbus规范中定义的两种传输模式之一。两种模式分别是Modbus RTU和ASCII，并且都设计为与支持RS232、RS485和RS422协议的串口设备一起使用。Modbus RTU的一个显着特征是它使用二进制编码和强大的CRC错误检查。Modbus RTU是Modbus协议的实现，该协议最常用于工业应用和自动化生产设施中。在某些情况下，使用Modbus RTU测试仪会很有帮助。
ModBus协议是应用层报文传输协议（OSI模型第7层），它定义了一个与通信层无关的协议数据单元（PDU），即PDU=功能码+数据域。 ModBus协议能够应用在不同类型的总线或网络。对应不同的总线或网络，Modbus协议引入一些附加域映射成应用数据单元（ADU），即ADU=附加域+PDU。目前，Modbus有下列三种通信方式： 1. 以太网，对应的通信模式是MODBUS TCP。 2. 异步串行传输（各种介质如有线RS-232-/422/485/；光纤、无线等），对应的通信模式是MODBUS RTU或MODBUS ASCII。 3. 高速令牌传递网络，对应的通信模式是Modbus PLUS。