MODBUS協(xié)議是康公司1978年發(fā)明用于電子控制器進(jìn)行控制和通信的協(xié)議。不同廠商生產(chǎn)的符合MODBUS協(xié)議的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。MODBUS協(xié)議采用主從（master-slave）技術(shù)，是一種問答方式的通信協(xié)議。每次通信均由主機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)請求信息，從機(jī)接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主機(jī)以響應(yīng)請求；主機(jī)也可以直接發(fā)信息修改從機(jī)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫。 在具體介紹Modbus協(xié)議之前，先向大家簡單介紹一下設(shè)備中的數(shù)據(jù)如何存儲。我們常把設(shè)備中存儲數(shù)據(jù)的單元稱為寄存器，按照存儲數(shù)據(jù)的類型可以分為位寄存器和16位寄存器兩種，如圖1所示：
圖１
位寄存器的容量為1位，16位寄存器的容量為16位，每一個存儲數(shù)據(jù)的寄存器都有一個對應(yīng)的寄存器地址，Modbus協(xié)議就是根據(jù)寄存器地址來查詢數(shù)據(jù)或者設(shè)置數(shù)據(jù)到特定的寄存器中。如圖1所示，位寄存器用來存儲離散值，即開關(guān)量；16位寄存器用來存儲16位整數(shù)，16位寄存器里的數(shù)據(jù)既可以獨(dú)立表示一個16位整數(shù)，也可以用兩個連續(xù)的16位寄存器表示32位整型或?qū)嵭偷臄?shù)據(jù)，低地址存放低16位，高地址存放高16位。
接下來詳細(xì)介紹Modbus協(xié)議。Modbus協(xié)議分為三種通信方式：Modbus RTU、Modbus ASCII以及Modbus TCP。
首先，Modbus TCP的通信格式和Modbus RTU非常相似，的差別只是Modbus RTU最后帶兩個字節(jié)的CRC校驗(yàn)，而Modbus TCP沒有。
其次，Modbus ASCII的通信格式與Modbus RTU其實(shí)“神合貌離”，就是把Modbus RTU的每一個字節(jié)（例如：27H）高四位（2）和低四位（7）拆分為兩個字節(jié)，并以ASCII碼的方式表現(xiàn)出來（32 37），再給命令幀分別加上起始符和結(jié)束符便可以，當(dāng)然Modbus RTU和Modbus ASCII的校驗(yàn)的方式不同，這里暫不詳述，所以同一條命令用Modbus RTU方式和Modbus ASCII方式表現(xiàn)出來，雖然在命令長度的上有很大的區(qū)別，但其實(shí)際表達(dá)的意思卻是一樣。
下面就以Modbus RTU為例，詳細(xì)表述世紀(jì)星組態(tài)軟件是如何讀取設(shè)備中的數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)設(shè)置到設(shè)備中。
1.讀數(shù)據(jù)：
上位機(jī)發(fā)送命令：02 03 00 05 00 02 D4 39
設(shè)備返回的數(shù)據(jù)：02 03 04 20 08 20 10 49 3D
之前沒有接觸過Modbus RTU協(xié)議的朋友們看了上面列出的數(shù)據(jù)，會稍有不解，這里為大家詳細(xì)解釋一下。
1）發(fā)送的命令：
個字節(jié)：02，它表示的是設(shè)備地址。在同一條485總線上，可能會接多個設(shè)備，而這個設(shè)備地址就相當(dāng)于每一個設(shè)備的標(biāo)識，繼而決定每一個設(shè)備的設(shè)備地址在同一條總線上必須是。
第二個字節(jié)：03，這個字節(jié)是功能碼字節(jié)，作用就是告訴設(shè)備，上位機(jī)想要讀取的是什么樣的數(shù)據(jù)，世紀(jì)星組態(tài)軟件支持的讀數(shù)據(jù)的功能碼有：01H、02H、03H和04H，具體含義請參照表1。
表１
第三第四個字節(jié)：00 05，表示的是一個寄存器地址，它告訴設(shè)備上位機(jī)想要讀取的數(shù)據(jù)，是從寄存器地址5開始的一個或多個寄存器里的數(shù)據(jù)。
第五第六個字節(jié)：00 02，表示的是讀取寄存器的個數(shù)，結(jié)合第三第四個字節(jié)，就是告訴設(shè)備，上位機(jī)想要讀取的數(shù)據(jù)是從寄存器地址5開始的2個寄存器里的數(shù)據(jù)，即寄存器地址為5和6的寄存器里的數(shù)據(jù)。
第七第八個字節(jié)：D4 39，是CRC校驗(yàn)碼，不論是讀數(shù)據(jù)還是設(shè)置數(shù)據(jù)，發(fā)送和返回命令里的最后兩個字節(jié)都是CRC校驗(yàn)碼，具體的計(jì)算方法這里暫不詳述。
2）返回的數(shù)據(jù)：
個字節(jié)：02，表示設(shè)備地址，作用同發(fā)送命令中個字節(jié)02。
第二個字節(jié)：03，表示功能碼，作用同發(fā)送命令中第二個字節(jié)03。
第三個字節(jié)：04，表示返回有效數(shù)據(jù)的字節(jié)個數(shù)，這里要說明一下的是對于位寄存器（包括表1中的線圈狀態(tài)和輸入狀態(tài)），每一個寄存器的容量只有一位，如果上位機(jī)發(fā)送的命令中要求連續(xù)讀8個位寄存器（即發(fā)送命令中的第五第六個字節(jié)為00 08），設(shè)備返回的數(shù)據(jù)中的第三個字節(jié)只為1，因?yàn)橐粋€字節(jié)的容量為8位，可以表示8個位寄存器的狀態(tài)。而對于表1中的保持寄存器和輸入寄存器，每一個寄存器的容量為16位，它可以表示一個16位的整型數(shù)據(jù)，或者一個32位整型或?qū)嵭蛿?shù)據(jù)的高16位或低16位。所以設(shè)備回傳一個保持寄存器或輸入寄存器的數(shù)據(jù)需要兩個字節(jié)，這就解釋了發(fā)送命令中要求讀取2個保持寄存器的數(shù)據(jù)，設(shè)備返回的有效數(shù)據(jù)為4個字節(jié)。
緊跟在第三個字節(jié)后面的4個字節(jié)的數(shù)據(jù)便是設(shè)備返回的有效數(shù)據(jù)，結(jié)合發(fā)送的命令，我們可知在寄存器地址為0005H的寄存器中存儲的數(shù)據(jù)為2008H(十進(jìn)制為8200)，寄存器地址為0006H的寄存器中存儲的數(shù)據(jù)為2010H(十進(jìn)制為8208)。
第八第九個字節(jié)：49 3D，是CRC校驗(yàn)碼。
2. 寫數(shù)據(jù)
1）寫位寄存器
上位機(jī)發(fā)送命令：02 05 00 05 FF 00 9C 08
設(shè)備返回的數(shù)據(jù)：02 05 00 05 FF 00 9C 08
個字節(jié)：02，表示設(shè)備地址，這里就不做重復(fù)介紹。
第二個字節(jié)：05，為功能碼字節(jié)，05號功能碼的作用為強(qiáng)置一個位寄存器的0/1(ON/OFF)狀態(tài)。
第三第四個字節(jié)：0005，表示的是上位機(jī)發(fā)送命令所強(qiáng)置的寄存器的地址。
第五第六個字節(jié)：FF00H，表示上位機(jī)要將地址為5的位寄存器強(qiáng)置為1，當(dāng)強(qiáng)置為0時，第五第六個字節(jié)為：00 00。
第七第八個字節(jié)：9C 08，為CRC校驗(yàn)字節(jié)。
設(shè)備正常返回時，返回的數(shù)據(jù)與上位機(jī)發(fā)送的命令是一致的。
2）寫單個16位寄存器
上位機(jī)發(fā)送命令：02 06 00 05 00 12 19 F5
設(shè)備返回的數(shù)據(jù)：02 06 00 05 00 12 19 F5
個字節(jié)：02，表示設(shè)備地址。
第二個字節(jié)：06，為功能碼字節(jié)，06號功能碼的作用為預(yù)置單個16位寄存器。
第三第四個字節(jié)：0005，表示的是上位機(jī)發(fā)送命令所預(yù)置的寄存器的地址。
第五第六個字節(jié)：0012H，表示上位機(jī)要將地址為5的16位寄存器預(yù)置為12H（十進(jìn)制為18）。
第七第八個字節(jié)：19 F5，為CRC校驗(yàn)字節(jié)。
設(shè)備正常返回時，返回的數(shù)據(jù)與上位機(jī)發(fā)送的命令一致。
3）寫多個16位寄存器
上位機(jī)發(fā)送命令：02 10 00 06 00 02 04 01 02 00 00 DC FD
設(shè)備返回的數(shù)據(jù)：02 10 00 06 00 04 21 F8
發(fā)送的命令：
個字節(jié)：02，表示設(shè)備地址。
第二個字節(jié)：10H（十進(jìn)制為16），為功能碼字節(jié)，10H號功能碼的作用為預(yù)置多個16位寄存器。
第三第四個字節(jié)：0006，表示的是上位機(jī)發(fā)送命令所預(yù)置的多個寄存器的起始地址為0006H。
第五第六個字節(jié)：0002，表示上位機(jī)要連續(xù)預(yù)置連續(xù)的兩個寄存器。
第七個字節(jié)：04，表示后面跟著的4個字節(jié)數(shù)據(jù)是要預(yù)置到寄存器中去的。
緊跟在第七個字節(jié)后的四個字節(jié)便是要預(yù)置到寄存器中的數(shù)據(jù)，結(jié)合前面的信息，我們知道這條命令是要將0102H（十進(jìn)制為258）預(yù)置到地址為6的寄存器中，0000H預(yù)置到地址為7的寄存器中。
最后兩個字節(jié)：9C08，為CRC校驗(yàn)字節(jié)。
返回的數(shù)據(jù)：
個字節(jié)：02，表示設(shè)備地址。
第二個字節(jié)：10H（十進(jìn)制為16），為功能碼字節(jié)。
第三第四個字節(jié)：0006，表示的是上位機(jī)發(fā)送命令所預(yù)置的多個寄存器的起始地址位0006H。
第五第六個字節(jié)：0004，表示上位機(jī)預(yù)置了連續(xù)的兩個寄存器即4個字節(jié)的有效數(shù)據(jù)。
第七第八個字節(jié)：19 F5，為CRC校驗(yàn)字節(jié)。
無論是強(qiáng)制位寄存器還是預(yù)置16位寄存器，設(shè)備返回數(shù)據(jù)的作用僅僅是告訴上位機(jī)數(shù)據(jù)已經(jīng)成功設(shè)置到設(shè)備寄存器中了。
關(guān)于Modbus RTU協(xié)議格式的暫時介紹到這里，希望這篇文章可以讓對通信協(xié)議不了解甚至沒有接觸過Modbus協(xié)議的朋友們對Modbus有初步的認(rèn)識。在下一期的《世紀(jì)星月刊》中，我會繼續(xù)介紹世紀(jì)星組態(tài)軟件對Modbus 協(xié)議的支持情況，希望會對世紀(jì)星的廣大用戶有所幫助。 ■
