Modbus介绍

1、起源

 Modbus 通信协议,是一种工业现场总线协议标准。 Modbus通信协议具有多个变种,其中有支持串口,以太网多个版本,主要有以下三种:Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus TCP 优势: 免费、简单、容易使用

2、分类:

(1)Modbus RTU二进制效率高常用运行在串口上的协议,采用二进制表现形式以及紧凑型数据结构,通信效率高,应用广泛(2)ModbusASCII 运行在串口上的协议,采用ASCII码传输,并且利用特殊字符作为其字节的开始与结束标识,其传输效率要远远低于Modbus RTU协议,一般只有在通信数据量较小的情况下才考虑使用Modbus ASCII通信协议(3)Modbus TCP 运行在以太网上的协议

3、优势:

免费、简单、容易使用

4、Modbus 应用场景:

 Modbus协议是现在国内工业领域应用最多的协议,不只PLC设备,各种终端设备,比如水控机、水表、电表、工业秤、各种采集设备

5、特点:

采用主从问答方式进行通信Modbus TCP是应用层协议,基于传输层TCP协议实现Modbus TCP端口号默认为502

Modbus TCP协议

TCP和RTU协议非常类似,只要把RTU协议的两个字节的校验码去掉,然后在RTU协议的开始加上5个0和一个6并通过TCP/IP网络协议发送出去即可 Modbus采用主从问答方式(master/slave)通信,有一个节点是master节点,其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点(可以多个),每一个slave设备都有一个唯一的地址ModbusTCP通常使用端口502作为接收报文端口

Modbus TCP协议格式

Modbus TCP数据帧包含报文头、功能代码和数据三部分

Modbus TCP/IP协议最大数据帧长度为260字节

1、 MBAP报文头:

Modbus TCP/IP协议包含一个7字节报文头

2、寄存器

Modbus TCP通过寄存器的方式存储数据。

寄存器分类:

离散量输入、线圈、输入寄存器、保持寄存器。

离散量输入和线圈其实就是位寄存器(每个寄存器数据占1个字节),工业上主要用于控制IO设备。

输入和保持寄存器是字寄存器(每个寄存器数据占2个字节),工业上主要用于存储工业设备的值。

寄存器PLC地址 开头表示状态:
 0开头:线圈 1开头:离散输入3 开头:输入寄存器4开头:保持寄存器
离散输入寄存器

离散输入寄存器就相当于线圈寄存器的只读模式,他也是每个bit表示一个开关量,而他的开关量只能读取输入的开关信号,是不能够写的。比如我读取外部按键的按下还是松开。

所以功能码也简单就一个读的 0x02

线圈寄存器

类比为开关量,每一个bit都对应一个信号的开关状态。所以一个byte就可以同时控制8路的信号。比如控制外部8路io的高低。 线圈寄存器可读可写,写在功能码里面又分为写单个线圈寄存器和写多个线圈寄存器。

对应上面的功能码也就是:0x01 0x05 0x0f

保持寄存器

这个寄存器的单位不再是bit而是两个byte,也就是可以存放具体的数据量的,并且是可读可写的。比如我我设置时间年月日,不但可以写也可以读出来现在的时间。写也分为单个写和多个写

所以功能码有对应的三个:0x03 0x06 0x10

输入寄存器

这个和保持寄存器类似,但是也是只支持读而不能写。一个寄存器也是占据两个byte的空间。类比我我通过读取输入寄存器获取现在的AD采集值

对应的功能码也就一个 0x04

3、功能码:

根据四种不同的寄存器设置了8种功能码,分别如下表所示

在实际使用时会根据要进行的操作选择不同的功能码

功能码:

读:01 ~0401:读线圈02:读离散输入03:读保持寄存器04:读输入寄存器
写: 05 06 15 1605:写单个线圈06:写单个保存计时器15:写多个线圈16:写多个保存寄存器

举例:(详细解)

读取保持寄存器 功能码 :03H

主站询问数据流:00000000 || 0006 || 11 || 03 || 006B || 0002从左到右依次分析:00 00:事务标识符,类似与TCP里的seq和ack,可以随意写,回复和发送的会一致00 00:协议标识符,00 00表示ModbusTCP协议00 06:表示接下来的数据长度,单位为字节11:单元标识符,即新建寄存器表时候的从机ID,默认是103:功能码,读保持寄存器00 6B:读取的寄存器起始地址,0x6B=107则对应寄存器PLC地址为4010800 02:读取的寄存器个数为2个,则结束地址为40108+2-1=40109
从站应答数据流:00000000 || 0007 || 11 || 03 || 04 || 022B || 0106前八字节不再重复,同上 04:计数的字节个数 02 2B:第一个寄存器40108的数据值 01 06:第二个寄存器40109的数据值
  1. 读线圈状态寄存器: 功能码 01H

函数:
int modbus_read_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest)功能:读取线圈状态,可读取多个连续线圈的状态(对应功能码为0x01)参数:ctx :Modbus实例addr :寄存器起始地址nb:寄存器个数dest :得到的状态值
  1. 读离散输入寄存器 : 功能码02H

函数
intmodbus_read_input_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest)功能:读取输入状态,可读取多个连续输入的状态(对应功能码为0x02)参数:ctx :Modbus实例addr :寄存器起始地址nb :寄存器个数dest :得到的状态值返回值:成功:返回nb的值
  1. 读取保持寄存器 : 功能码03H

函数
intmodbus_read_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)功能:读取保持寄存器的值,可读取多个连续保持寄存器的值(对应功能码为0x03)参数:ctx :Modbus实例addr :寄存器起始地址nb:寄存器个数dest :得到的寄存器的值返回值:成功:读到寄存器的个数 失败:-1
  1. 读输入寄存器 : 功能码04H

函数
int modbus_read_input_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)功能:读输入寄存器的值,可读取多个连续输入寄存器的值(对应功能码为0x04)参数:ctx :Modbus实例addr :寄存器起始地址nb:寄存器个数dest :得到的寄存器的值返回值:成功:读到寄存器的个数 失败:-1
  1. 写单个线圈寄存器 : 功能码05H

函数
intmodbus_write_bit(modbus_t *ctx, int addr, int status);功能:写入单个线圈的状态(对应功能码为0x05)参数:ctx :Modbus实例addr:线圈地址status:线圈状态返回值:成功:0失败:-1
  1. 写单个保持寄存器 : 功能码06H

函数
intmodbus_write_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint8_t *src);功能:写入多个连续线圈的状态(对应功能码为15)参数:ctx :Modbus实例addr:线圈地址nb :线圈个数src:多个线圈状态返回值:成功:0失败:-1
  1. 写多个线圈状态 : 功能码0FH(15)

函数
intmodbus_write_register(modbus_t *ctx, int addr, int value);功能:写入单个寄存器(对应功能码为0x06)参数: ctx:Modbus实例addr:寄存器地址value :寄存器的值 返回值:成功:0 失败:-1
  1. 写(预置)多个保持寄存器 : 功能码10H(16)

函数
intmodbus_write_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint16_t *src);功能:写入多个连续寄存器(对应功能码为16)参数:ctx:Modbus实例addr:寄存器地址nb :寄存器的个数src:多个寄存器的值 返回值:成功:0失败:-1

Modbus库

三方库的使用

1、gcc xx.c -I ./install/include/modbus -L./install/lib -lmodbus

./a.out

解释:

-I 后需要指定出头文件的路径(大写的i)

-L 后需要指定库的路径

-l 后需要指定库名

因为库为动态库,所有运行时会报错,

2.要想编译方便,可以将头文件和库文件放到系统路径下

sudo cp install/include/modbus/*.h /usr/include

sudo cp install/lib/* -r /lib -d

后期编译时,可以直接gcc xx.c -lmodbus

头文件默认搜索路径:/usr/include 、/usr/local/include

库文件默认搜索路径:/lib、/usr/lib

编程流程

1. 创建实例 modbus_new_tcp

modbus_t* modbus_new_tcp(const char *ip, int port)功能:以TCP方式创建Modbus实例,并初始化参数:ip :ip地址port:端口号返回值:成功:Modbus实例失败:NULL

2. 设置从机ID modbus_set_slave

int modbus_set_slave(modbus_t *ctx, int slave)功能:设置从机ID参数:ctx :Modbus实例slave:从机ID返回值:成功:0 失败:-1

3. 和从机进行连接 modbus_connect

int modbus_connect(modbus_t *ctx)功能:和从机(slave)建立连接参数:ctx:Modbus实例返回值:成功:0 失败:-1

4. 寄存器进行操作 功能码对应函数

int modbus_read_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest)功能:读取线圈状态,可读取多个连续线圈的状态(对应功能码为0x01)参数:ctx :Modbus实例addr :寄存器起始地址nb:寄存器个数dest :得到的状态值intmodbus_read_input_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest)功能:读取输入状态,可读取多个连续输入的状态(对应功能码为0x02)参数:ctx :Modbus实例addr :寄存器起始地址nb :寄存器个数dest :得到的状态值返回值:成功:返回nb的值intmodbus_read_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)功能:读取保持寄存器的值,可读取多个连续保持寄存器的值(对应功能码为0x03)参数:ctx :Modbus实例addr :寄存器起始地址nb:寄存器个数dest :得到的寄存器的值返回值:成功:读到寄存器的个数 失败:-1int modbus_read_input_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)功能:读输入寄存器的值,可读取多个连续输入寄存器的值(对应功能码为0x04)参数:ctx :Modbus实例addr :寄存器起始地址nb:寄存器个数dest :得到的寄存器的值返回值:成功:读到寄存器的个数 失败:-1intmodbus_write_bit(modbus_t *ctx, int addr, int status);功能:写入单个线圈的状态(对应功能码为0x05)参数:ctx :Modbus实例addr:线圈地址status:线圈状态返回值:成功:0失败:-1intmodbus_write_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint8_t *src);功能:写入多个连续线圈的状态(对应功能码为15)参数:ctx :Modbus实例addr:线圈地址nb :线圈个数src:多个线圈状态返回值:成功:0失败:-1intmodbus_write_register(modbus_t *ctx, int addr, int value);功能:写入单个寄存器(对应功能码为0x06)参数: ctx:Modbus实例addr:寄存器地址value :寄存器的值 返回值:成功:0 失败:-1intmodbus_write_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint16_t *src);功能:写入多个连续寄存器(对应功能码为16)参数:ctx:Modbus实例addr:寄存器地址nb :寄存器的个数src:多个寄存器的值 返回值:成功:0失败:-1

5. 关闭套接字 modbus_close

void modbus_close(modbus_t *ctx)功能:关闭套接字参数:ctx:Modbus实例

6. 释放实例 modbus_free

void modbus_free(modbus_t *ctx)功能:释放Modbus实例参数:ctx:Modbus实例