Просто о Modbus RTU с подробным описанием и примерами

Из данной статьи вы узнаете о протоколе Modbus RTU, который широко применяется в АСУ ТП. Англоязычная версия статьи доступна на сайте ipc2u.com. Описание протокола Modbus TCP можно найти в статье.

Оглавление:

Описание протокола Modbus RTU

Modbus — коммуникационный протокол, основан на архитектуре ведущий-ведомый (master-slave). Использует для передачи данных интерфейсы RS-485, RS-422, RS-232, а также Ethernet сети TCP/IP (протокол Modbus TCP).

Сообщение Modbus RTU состоит из адреса устройства SlaveID, кода функции, специальных данных в зависимости от кода функции и CRC контрольной суммы.

SlaveID Код функции Специальные данные CRC

Если отбросить SlaveID адрес и CRC контрольную сумму, то получится PDU, Protocol Data Unit.

SlaveID – это адрес устройства, может принимать значение от 0 до 247, адреса с 248 до 255 зарезервированы.

Данные в модуле хранятся в 4 таблицах.

Две таблицы доступны только для чтения и две для чтения-записи.

В каждой таблице помещается 9999 значений.

Номер регистра Адрес регистра HEX Тип Название Тип
1-9999 0000 до 270E Чтение-запись Discrete Output Coils DO
10001-19999 0000 до 270E Чтение Discrete Input Contacts DI
30001-39999 0000 до 270E Чтение Analog Input Registers AI
40001-49999 0000 до 270E Чтение-запись Analog Output Holding Registers AO

В сообщении Modbus используется адрес регистра.

Например, первый регистр AO Holding Register, имеет номер 40001, но его адрес равен 0000.

Разница между этими двумя величинами есть смещение offset.

Каждая таблица имеет свое смещение, соответственно: 1, 10001, 30001 и 40001.

Ниже приведен пример запроса Modbus RTU для получения значения AO аналогового выхода (holding registers) из регистров от #40108 до 40110 с адресом устройства 17.

11 03 006B 0003 7687

11 Адрес устройства SlaveID (17 = 11 hex)
03 Функциональный код Function Code (читаем Analog Output Holding Registers)
006B Адрес первого регистра (40108-40001 = 107 =6B hex)
0003 Количество требуемых регистров (чтение 3-х регистров с 40108 по 40110)
7687 Контрольная сумма CRC

В ответе от Modbus RTU Slave устройства мы получим:

11 03 06 AE41 5652 4340 49AD

Где:

11 Адрес устройства (17 = 11 hex) SlaveID
03 Функциональный код Function Code
06 Количество байт далее (6 байтов идут следом) Byte Count
AE Значение старшего разряда регистра (AE hex) Register value Hi (AO0)
41 Значение младшего разряда регистра (41 hex) Register value Lo (AO0)
56 Значение старшего разряда регистра (56 hex) Register value Hi (AO1)
52 Значение младшего разряда регистра (52 hex) Register value Lo (AO1)
43 Значение старшего разряда регистра (43 hex) Register value Hi (AO2)
40 Значение младшего разряда регистра (40 hex) Register value Lo (AO2)
49 Контрольная сумма CRC value Lo
AD Контрольная сумма CRC value Hi

Регистр аналогового выхода AO0 имеет значение AE 41 HEX или 44609 в десятичной системе.

Регистр аналогового выхода AO1 имеет значение 56 52 HEX или 22098 в десятичной системе.

Регистр аналогового выхода AO2 имеет значение 43 40 HEX или 17216 в десятичной системе.

Значение AE 41 HEX - это 16 бит 1010 1110 0100 0001, может принимать различное значение, в зависимости от типа представления.

Значение регистра 40108 при комбинации с регистром 40109 дает 32 бит значение.

Пример представления.

Тип представления Диапазон значений Пример в HEX Будет в десятичной форме
16-bit unsigned integer 0 до 65535 AE41 44,609
16-bit signed integer -32768 до 32767 AE41 -20,927
two character ASCII string 2 знака AE41 ® A
discrete on/off value 0 и 1 0001 0001
32-bit unsigned integer 0 до 4,294,967,295 AE41 5652 2,923,517,522
32-bit signed integer -2,147,483,648 до 2,147,483,647 AE41 5652 -1,371,449,774
32-bit single precision IEEE floating point number 1,2·10−38 до 3,4×10+38 AE41 5652 -4.395978 E-11
four character ASCII string 4 знака AE41 5652 ® A V R

Наверх к оглавлению

Какие бывают команды Modbus RTU?

Приведем таблицу с кодами функций чтения и записи регистров Modbus RTU.

Код функции Что делает функция Тип значения Тип доступа
01 (0x01) Чтение DO Read Coil Status Дискретное Чтение
02 (0x02) Чтение DI Read Input Status Дискретное Чтение
03 (0x03) Чтение AO Read Holding Registers 16 битное Чтение
04 (0x04) Чтение AI Read Input Registers 16 битное Чтение
05 (0x05) Запись одного DO Force Single Coil Дискретное Запись
06 (0x06) Запись одного AO Preset Single Register 16 битное Запись
15 (0x0F) Запись нескольких DO Force Multiple Coils Дискретное Запись
16 (0x10) Запись нескольких AO Preset Multiple Registers 16 битное Запись

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus RTU на чтение дискретного вывода? Команда 0x01

Эта команда используется для чтения значений дискретных выходов DO.

В запросе PDU задается начальный адрес первого регистра DO и последующее количество необходимых значений DO. В PDU значения DO адресуются, начиная с нуля.

Значения DO в ответе находятся в одном байте и соответствуют значению битов.

Значения битов определяются как 1 = ON и 0 = OFF.

Младший бит первого байта данных содержит значение DO адрес которого указывался в запросе. Остальные значения DO следуют по нарастающей к старшему значению байта. Т.е. справа на лево.

Если запрашивалось меньше восьми значений DO, то оставшиеся биты в ответе будут заполнены нулями (в направлении от младшего к старшему байту). Поле Byte Count Количество байт далее указывает количество полных байтов данных в ответе.

Пример запроса DO с 20 по 56 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес первого регистра будет 0013 hex = 19, т.к. счет ведется с 0 адреса (0014 hex = 20, -1 смещение нуля = получаем 0013 hex = 19).

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
11 Адрес устройства 11 Адрес устройства
01 Функциональный код 01 Функциональный код
00 Адрес первого регистра Hi байт 05 Количество байт далее
13 Адрес первого регистра Lo байт CD Значение регистра DO 27-20 (1100 1101)
00 Количество регистров Hi байт 6B Значение регистра DO 35-28 (0110 1011)
25 Количество регистров Lo байт B2 Значение регистра DO 43-36 (1011 0010)
0E Контрольная сумма CRC 0E Значение регистра DO 51-44 (0000 1110)
84 Контрольная сумма CRC 1B Значение регистра DO 56-52 (0001 1011)
45 Контрольная сумма CRC
E6 Контрольная сумма CRC

Состояния выходов DO 27-20 показаны как значения байта CD hex, или в двоичной системе 1100 1101.

В регистре DO 56-52 5 битов справа были запрошены, а остальные биты заполнены нулями до полного байта (0001 1011).

Каналы - - - DO 56 DO 55 DO 54 DO 53 DO 52
Биты 0 0 0 1 1 0 1 1
Hex 1B

Модули с дискретным выводом: M-7065, ioLogik R1214, ADAM-4056S

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus RTU на чтение дискретного ввода? Команда 0x02

Эта команда используется для чтения значений дискретных входов DI.

Пример запроса DI с регистров от #10197 до 10218 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес первого регистра будет 00C4 hex = 196, т.к. счет ведется с 0 адреса.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
11 Адрес устройства 11 Адрес устройства
02 Функциональный код 02 Функциональный код
00 Адрес первого регистра Hi байт 03 Количество байт далее
C4 Адрес первого регистра Lo байт AC Значение регистра DI 10204-10197 (1010 1100)
00 Количество регистров Hi байт DB Значение регистра DI 10212-10205 (1101 1011)
16 Количество регистров Lo байт 35 Значение регистра DI 10218-10213 (0011 0101)
BA Контрольная сумма CRC 20 Контрольная сумма CRC
A9 Контрольная сумма CRC 18 Контрольная сумма CRC

Модули с дискретным вводом: M-7053, ioLogik R1210, ADAM-4051

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus RTU на чтение аналогового вывода? Команда 0x03

Эта команда используется для чтения значений аналоговых выходов AO.

Пример запроса AO с регистров от #40108 до 40110 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес первого регистра будет 006B hex = 107, т.к. счет ведется с 0 адреса.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
11 Адрес устройства 11 Адрес устройства
03 Функциональный код 03 Функциональный код
00 Адрес первого регистра Hi байт 06 Количество байт далее
6B Адрес первого регистра Lo байт AE Значение регистра Hi #40108
00 Количество регистров Hi байт 41 Значение регистра Lo #40108
03 Количество регистров Lo байт 56 Значение регистра Hi #40109
76 Контрольная сумма CRC 52 Значение регистра Lo #40109
87 Контрольная сумма CRC 43 Значение регистра Hi #40110
40 Значение регистра Lo #40110
49 Контрольная сумма CRC
AD Контрольная сумма CRC

Модули с аналоговым выводом: M-7024, ioLogik R1241, ADAM-4024

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus RTU на чтение аналогового ввода? Команда 0x04

Эта команда используется для чтения значений аналоговых входов AI.

Пример запроса AI с регистра #30009 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес первого регистра будет 0008 hex = 8, т.к. счет ведется с 0 адреса.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
11 Адрес устройства 11 Адрес устройства
04 Функциональный код 04 Функциональный код
00 Адрес первого регистра Hi байт 02 Количество байт далее
08 Адрес первого регистра Lo байт 00 Значение регистра Hi #30009
00 Количество регистров Hi байт 0A Значение регистра Lo #30009
01 Количество регистров Lo байт F8 Контрольная сумма CRC
B2 Контрольная сумма CRC F4 Контрольная сумма CRC
98 Контрольная сумма CRC

Модули с аналоговым вводом: M-7017, ioLogik R1240, ADAM-4017+

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus RTU на запись дискретного вывода? Команда 0x05

Эта команда используется для записи одного значения дискретного выхода DO.

Значение FF 00 hex устанавливает выход в значение включен ON.

Значение 00 00 hex устанавливает выход в значение выключен OFF.

Все остальные значения недопустимы и не будут влиять значение на выходе.

Нормальный ответ на такой запрос - это эхо (повтор запроса в ответе), возвращается после того, как состояние DO было изменено.

Пример записи в DO с регистром #173 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес регистра будет 00AC hex = 172, т.к. счет ведется с 0 адреса.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
11 Адрес устройства 11 Адрес устройства
05 Функциональный код 05 Функциональный код
00 Адрес первого регистра Hi байт 00 Адрес первого регистра Hi байт
AC Адрес первого регистра Lo байт AC Адрес первого регистра Lo байт
FF Значение Hi байт FF Значение Hi байт
00 Значение Lo байт 00 Значение Lo байт
4E Контрольная сумма CRC 4E Контрольная сумма CRC
8B Контрольная сумма CRC 8B Контрольная сумма CRC

Состояние выхода DO173 поменялось с выключен OFF на включен ON.

Модули с дискретным выводом: M-7053, ioLogik R1210, ADAM-4051

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus RTU на запись аналогового вывода? Команда 0x06

Эта команда используется для записи одного значения аналогового выхода AO.

Пример записи в AO с регистром #40002 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес первого регистра будет 0001 hex = 1, т.к. счет ведется с 0 адреса.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
11 Адрес устройства 11 Адрес устройства
06 Функциональный код 06 Функциональный код
00 Адрес первого регистра Hi байт 00 Адрес первого регистра Hi байт
01 Адрес первого регистра Lo байт 01 Адрес первого регистра Lo байт
00 Значение Hi байт 00 Значение Hi байт
03 Значение Lo байт 03 Значение Lo байт
9A Контрольная сумма CRC 9A Контрольная сумма CRC
9B Контрольная сумма CRC 9B Контрольная сумма CRC

Модули с аналоговым выводом: M-7024, ioLogik R1241, ADAM-4024

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus RTU на запись нескольких дискретных выводов? Команда 0x0F

Эта команда используется для записи нескольких значений дискретного выхода DO.

Пример записи в несколько DO с регистрами от #20 до #29 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес регистра будет 0013 hex = 19, т.к. счет ведется с 0 адреса.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
11 Адрес устройства 11 Адрес устройства
0F Функциональный код 0F Функциональный код
00 Адрес первого регистра Hi байт 00 Адрес первого регистра Hi байт
13 Адрес первого регистра Lo байт 13 Адрес первого регистра Lo байт
00 Количество регистров Hi байт 00 Кол-во записанных рег. Hi байт
0A Количество регистров Lo байт 0A Кол-во записанных рег. Lo байт
02 Количество байт далее 26 Контрольная сумма CRC
CD Значение байт DO 27-20 (1100 1101) 99 Контрольная сумма CRC
01 Значение байт DO 29-28 (0000 0001)
BF Контрольная сумма CRC
0B Контрольная сумма CRC

В ответе возвращается количество записанных регистров.

Модули с дискретным выводом: M-7053, ioLogik R1210, ADAM-4051

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus RTU на запись нескольких аналоговых выводов? Команда 0x10

Эта команда используется для записи нескольких значений аналогового выхода AO.

Пример записи в несколько AO с регистрами #40002 и #40003 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес первого регистра будет 0001 hex = 1, т.к. счет ведется с 0 адреса.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
11 Адрес устройства 11 Адрес устройства
10 Функциональный код 10 Функциональный код
00 Адрес первого регистра Hi байт 00 Адрес первого регистра Hi байт
01 Адрес первого регистра Lo байт 01 Адрес первого регистра Lo байт
00 Количество регистров Hi байт 00 Кол-во записанных рег. Hi байт
02 Количество регистров Lo байт 02 Кол-во записанных рег. Lo байт
04 Количество байт далее 12 Контрольная сумма CRC
00 Значение Hi 40002 98 Контрольная сумма CRC
0A Значение Lo 40002
01 Значение Hi 40003
02 Значение Lo 40003
C6 Контрольная сумма CRC
F0 Контрольная сумма CRC

Модули с аналоговым выводом: M-7024, ioLogik R1241, ADAM-4024

Наверх к оглавлению

Какие бывают ошибки запроса Modbus?

Если устройство получило запрос, но запрос не может быть обработан, то устройство ответит кодом ошибки.

Ответ будет содержать измененный Функциональный код, старший бит будет равен 1.

Пример:

Было Стало
Функциональный код в запросе Функциональный код ошибки в ответе
01 (01 hex) 0000 0001 129 (81 hex) 1000 0001
02 (02 hex) 0000 0010 130 (82 hex) 1000 0010
03 (03 hex) 0000 0011 131 (83 hex) 1000 0011
04 (04 hex) 0000 0100 132 (84 hex) 1000 0100
05 (05 hex) 0000 0101 133 (85 hex) 1000 0101
06 (06 hex) 0000 0110 134 (86 hex) 1000 0110
15 (0F hex) 0000 1111 143 (8F hex) 1000 1111
16 (10 hex) 0001 0000 144 (90 hex) 1001 0000

Пример запроса и ответ с ошибкой:

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
0A Адрес устройства 0A Адрес устройства
01 Функциональный код 81 Функциональный код с измененным битом
04 Адрес первого регистра Hi байт 02 Код ошибки
A1 Адрес первого регистра Lo байт B0 Контрольная сумма CRC
00 Количество регистров Hi байт 53 Контрольная сумма CRC
01 Количество регистров Lo байт
AC Контрольная сумма CRC
63 Контрольная сумма CRC

Расшифровка кодов ошибок

01 Принятый код функции не может быть обработан.
02 Адрес данных, указанный в запросе, недоступен.
03 Значение, содержащееся в поле данных запроса, является недопустимой величиной.
04 Невосстанавливаемая ошибка имела место, пока ведомое устройство пыталось выполнить затребованное действие.
05 Ведомое устройство приняло запрос и обрабатывает его, но это требует много времени. Этот ответ предохраняет ведущее устройство от генерации ошибки тайм-аута.
06 Ведомое устройство занято обработкой команды. Ведущее устройство должно повторить сообщение позже, когда ведомое освободится.
07 Ведомое устройство не может выполнить программную функцию, заданную в запросе. Этот код возвращается для неуспешного программного запроса, использующего функции с номерами 13 или 14. Ведущее устройство должно запросить диагностическую информацию или информацию об ошибках от ведомого.
08 Ведомое устройство при чтении расширенной памяти обнаружило ошибку паритета. Ведущее устройство может повторить запрос, но обычно в таких случаях требуется ремонт.
10
(0A hex)
Шлюз неправильно настроен или перегружен запросами.
11
(0B hex)
Slave устройства нет в сети или от него нет ответа.

Наверх к оглавлению

Программы для работы с протоколом Modbus RTU

Ниже перечислены программы, которые облегчают работу с Modbus.

DCON Utility Pro с поддержкой Modbus RTU, ASCII, DCON. Скачать

Modbus Master Tool с поддержкой Modbus RTU, ASCII, TCP. Скачать

Modbus TCP client с поддержкой Modbus TCP. Скачать

Наверх к оглавлению


Оставить заявку

Рекомендуемые товары