MODBUS TCP协议实例数据帧详细分析

1.简介

Modbus由MODICON公司于1979年开发，是一种工业现场总线协议标准。1996年施耐德公司推出基于以太网TCP/IP的Modbus协议：ModbusTCP。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。

2.ModbusTCP数据帧

ModbusTCP的数据帧可分为两部分：MBAP+PDU，如下图所示。
MODBUS TCP数据帧

2.1.报文头MBAP

MBAP为报文头，长度为7字节，组成如下：

事务处理标识协议标识长度单元标识符
2字节2字节2字节1字节
内容含义
事务处理标识可以理解为报文的序列号，一般每次通信之后就要加1以区别不同的通信数据报文
协议标识符00 00 表示Modbus TCP协议
长度表示接下来的数据长度，单位为字节。
单元标识符可以理解为设备地址

2.2.帧结构PDU

PDU由功能码+数据组成。功能码为1字节，数据长度不定，由具体功能决定。
Modbus的操作对象有四种：线圈、离散输入、保持寄存器、输入寄存器。

对象含义
线圈PLC的输出位，开关量，在Modbus中可读可写
离散量PLC的输入位，开关量，在Modbus中只读
输入寄存器PLC中只能从模拟量输入端改变的寄存器，在Modbus中只读
保持寄存器PLC中用于输出模拟量信号的寄存器，在Modbus中可读可写
根据对象的不同，Modbus的功能码有：
功能码含义
––
0x01读线圈
0x02读离散量输入
0x03读保持寄存器
0x04读输入寄存器
0x05写单个线圈
0x06写单个保持寄存器
0x0F写多个线圈
0x10写多个保持寄存器
说明更详细的表如下表所示
功能码中文含义解析
––
0x01读线圈状态
0x02读离散量输入状态
0x03读保持寄存器
0x04读输入寄存器
0x05写单个线圈
0x06写单个保持寄存器
0x0F写多个线圈
0x10写多个保持寄存器

3.ADU详细结构

3.1. 0x01：读线圈

在从站中读连续线圈状态，ON=1,OFF=0。

  • 请求：
MBAP功能码起始地址H起始地址L线圈数量H线圈数量L
7字节1字节1字节1字节1字节1字节
  • 响应：
MBAP功能码线圈数据长度数据
7字节1字节1字节线圈数据长度个字节

注意：线圈数据长度=1+(线圈数-1)/8

如：在从站0x01中，读取开始地址为0x0000的线圈数据，读0x0008位。

  • 请求：
MBAP功能码起始地址H起始地址L线圈数量H线圈数量L
00 01 00 00 00 06 010100000008

如：数据长度为0x01个字节，数据为0x01，第一个线圈为ON，其余为OFF。

  • 响应：
MBAP功能码线圈数据长度数据
00 01 00 00 00 04 01010101

3.2. 0x02：读离散量输入

在从站中读连续离散量输入状态，ON=1,OFF=0。

  • 请求：
MBAP功能码起始地址H起始地址L离散量输入数量H离散量输入数量L
7字节1字节1字节1字节1字节1字节
  • 响应：
MBAP功能码离散量输入数据长度数据
7字节1字节1字节离散量输入数据长度个字节

注意：离散量输入数据长度=1+(离散量输入-1)/8

如：在从站0x01中，读取开始地址为0x0000的线圈数据，读0x0008位。

  • 请求：
MBAP功能码起始地址H起始地址L离散量输入数量H离散量输入数量L
00 01 00 00 00 06 010200000008

如：在从站0x01中，读取开始地址为0x0000的离散量输入数据，读0x008位

  • 响应：
MBAP功能码离散量输入数据长度数据
00 01 00 00 00 04 01020101

3.3. 0x03：读保持寄存器

在从站中读连续保持寄存器的值

  • 请求：
MBAP功能码起始地址H起始地址L寄存器数量H寄存器数量L
7字节1字节1字节1字节1字节1字节
  • 响应：
MBAP功能码数据长度数据
7字节1字节1字节数据长度个字节

注意：保持寄存器数据长度=保持寄存器数*2

如：在从站0x01中，读取开始地址为0x0000的保持寄存器数据，读0x003个

  • 请求：
MBAP功能码起始地址H起始地址L寄存器数量H寄存器数量L
00 01 00 00 00 06 010300000003

如：数据长度为0x06个字节，第1个寄存器的数据为0x21，其余为0x00。

  • 响应：
MBAP功能码数据长度数据
00 01 00 00 00 09 01030600 21 00 00 00 00

3.4. 0x04：读输入寄存器

在从站中读连续输入寄存器的值

  • 请求：
MBAP功能码起始地址H起始地址L寄存器数量H寄存器数量L
7字节1字节1字节1字节1字节1字节
  • 响应：
MBAP功能码数据长度数据
7字节1字节1字节数据长度个字节

注意：输入寄存器数据长度=输入寄存器数*2

如：在从站0x01中，读取开始地址为0x0000的输入寄存器数据，读0x003个

  • 请求：
MBAP功能码起始地址H起始地址L寄存器数量H寄存器数量L
00 01 00 00 00 06 010400000003

如：数据长度为0x06个字节，第1个寄存器的数据为0x21，其余为0x00。

  • 响应：
MBAP功能码数据长度数据
00 01 00 00 00 09 01040600 21 00 00 00 00

3.5. 0x05：写单个线圈

将从站中的一个线圈输出写成ON或OFF，0xFF00请求输出为ON,0x000请求输出为OFF

  • 请求：
MBAP功能码线圈地址H线圈地址L输出值H输出值L
7字节1字节1字节1字节1字节1字节
  • 响应：
MBAP功能码线圈地址H线圈地址L输出值H输出值L
7字节1字节1字节1字节1字节1字节

如：在从站0x01中，将地址为0x0000的线圈设置为ON

  • 请求：
MBAP功能码线圈地址H线圈地址L输出值H输出值L
00 01 00 00 00 06 01050000FF00
  • 响应：
MBAP功能码线圈地址H线圈地址L输出值H输出值L
00 01 00 00 00 06 01050000FF00

3.6. 0x06：写单个保持寄存器

将从站中的一个保持寄存器设置

  • 请求：
MBAP功能码保持寄存器地址H保持寄存器地址L设置值H设置值L
7字节1字节1字节1字节1字节1字节
  • 响应：
MBAP功能码保持寄存器地址H保持寄存器地址L设置值H设置值L
7字节1字节1字节1字节1字节1字节

如：在从站0x01中，将地址为0x0000的保持寄存器设置为0x000A。

  • 请求：
MBAP功能码保持寄存器地址H保持寄存器地址L设置值H设置值L
00 01 00 00 00 06 01060000000A
  • 响应：
MBAP功能码保持寄存器地址H保持寄存器地址L设置值H设置值L
00 01 00 00 00 06 01060000000A

3.7. 0x0F：写多个线圈

将从站中的多个线圈输出写成ON或OFF，线圈输出值每1位“1”请求输出为ON,“0”请求输出为OFF

  • 请求：
MBAP功能码线圈起始地址H线圈起始地址L线圈数H线圈数L线圈输出字节长度线圈输出值
7字节1字节1字节1字节1字节1字节1字节1字节

注意：线圈输出字节长度=1+(线圈数-1)/8

  • 响应：
MBAP功能码线圈起始地址H线圈起始地址L线圈数H线圈数L
7字节1字节1字节1字节1字节1字节

如：在从站0x01中，将以地址0x0000开始连续的4个线圈设置为ON

  • 请求：
MBAP功能码线圈起始地址H线圈起始地址L线圈数H线圈数L线圈输出字节长度线圈输出值
00 01 00 00 00 08 010F00000004010F
  • 响应：
MBAP功能码线圈起始地址H线圈起始地址L线圈数H线圈数L
00 01 00 00 00 06 010F00000004

3.8. 0x10：写多个保持寄存器

写从站中的多个连续的寄存器。

  • 请求：
MBAP功能码寄存器起始地址H寄存器起始地址L寄存器数H寄存器数L寄存器数据字节长度寄存器数据
7字节1字节1字节1字节1字节1字节1字节1字节

注意：寄存器数据字节长度=寄存器数量×2

  • 响应：
MBAP功能码寄存器起始地址H寄存器起始地址L寄存器数H寄存器数L
7字节1字节1字节1字节1字节1字节

如：在从站0x01中，向起始地址为0x0000，数量为0x0001的寄存器写入数据，数据长度为0x02，数据为0x000F。

  • 请求：
MBAP功能码寄存器起始地址H寄存器起始地址L寄存器数H寄存器数L寄存器数据字节长度寄存器数据
00 01 00 00 00 09 0110000000010200 0F
  • 响应：
MBAP功能码寄存器起始地址H寄存器起始地址L寄存器数H寄存器数L
00 01 00 00 00 06 011000000001
# tcp/ip # 网络协议 # 网络
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