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
- Какие бывают команды Modbus RTU?
- Как послать команду Modbus RTU на чтение дискретного вывода? Команда 0x01
- Как послать команду Modbus RTU на чтение дискретного ввода? Команда 0x02
- Как послать команду Modbus RTU на чтение аналогового вывода? Команда 0x03
- Как послать команду Modbus RTU на чтение аналогового ввода? Команда 0x04
- Как послать команду Modbus RTU на запись дискретного вывода? Команда 0x05
- Как послать команду Modbus RTU на запись аналогового вывода? Команда 0x06
- Как послать команду Modbus RTU на запись нескольких дискретных выводов? Команда 0x0F
- Как послать команду Modbus RTU на запись нескольких аналоговых выводов? Команда 0x10
- Какие бывают ошибки запроса Modbus?
- Программы для работы с протоколом Modbus RTU
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 |
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 |
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
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
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
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+
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
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
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
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
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. |
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
