MODBUS-RTU通讯协议

 

一、 ModBus_RTU通讯规约（本协议采用主从问答方式）

1. 通讯数据的类型及格式：

信息传输为异步方式，并以字节为单位。主站和从站之间传递的通讯信息为

11位字格式：（1位起始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验）。

主机发给从机的一条完整信息帧由如下字节组成

 

 

从机发给主机的一条完整信息帧只包含有效字节，通讯数据（信息帧）格式

 

地址码：

    地址码是每次通讯信息帧的第一字节（8位），从01H到FFH。每个从机都必须有唯一的地址码。所有地址的从机都将接收由主机发送来的信息，只有符合地址码的从机才响应要求，回送信息。当从机回送信息时，回送数据均以各自的地址码开始。主机发送的地址码表明将发送到的从机地址，而从机返回的地址码表明回送的从机地址。

功能码：

    是每次通讯信息帧传送的第二个字节。ModBus通讯规约可定义的功能码为0到127。FH控制器仅用到其中的一部分功能码。作为主机请求发送，通过功能码告诉从机应执行什么动作。作为响应，从机返回的功能码与从主机发送来的功能码一样，并表明从机已响应主机并且已进行相关的操作。

数据区：

数据区包括需要由主机发送、从机回送何种信息或执行什么动作。这些信息可以是数据（如：开关量、模拟量、寄存器参数等等）、参考地址等。例如，主机通过功能码03告诉从机返回单路或多路工况数据寄存器的值或单路或多路控制/报警设置数据寄存器的值（包含要读取寄存器的起始地址及读取寄存器的长度等），则返回的数据包括寄存器的数据长度及数据内容。对于不同的从机，地址和数据信息都不相同（见通讯信息表）。

FH控制器采用Modbus通讯规约，主机（PLC、RTU、PC机、DCS等）利用通讯命令（功能码03），可以进任意行读取其数据寄存器（其数据信息表详见附录）。FH控制器的数据寄存器存储多种工况数据（如：温度、压力、流量、电流、电压、功率及控制/报警数据等），开关量以bit位为单元的二进制数组成（既8 bit为1个字节）多字节数据；模拟量、寄存器参数都是16位（2字节）的二进制数据(整型)，低字节在前，高字节在后。

工况数据转换方法：仪表回送的工况数据都是整数，上位机如果转换为实型，可以除十处理，如果转换成字符串型，可以直接将小数点插入在十位。

如1:工况温度值=60.0，小数点在十位

仪表回送数据=60010 =25816 = 00000010010110002

FH控制器响应的命令格式是从机地址、功能码、数据区及CRC码。数据区的数据为多字节开关量数据或模拟量数据。

                                                                                                                                                                                                                    

★ 注：1、1个字节由8位二进制数组成（既8 bit）。

     2、ModBus是Modicon公司的注册商标。

     3、“从机”在本文件中既为本控制器。

4、每次查询从机数据，数据区数据最多只能13个字（26个字节）

2. 通讯信息传输过程：

当通讯命令由发送设备（主机）发送至接收设备（从机）时，在CRC校验无误情况下，从机地址与地址码相符的从机接收通讯命令（从机以本机的地址码和功能码2个字节作为同步字），并根据功能码及相关要求处理信息，执行相应的任务，然后把执行结果（数据）返送给主机。返回的信息中包括地址码、功能码、执行后的数据以及CRC校验码。如果CRC校验出错则不响应信息

3. FH控制器使用的MODBUS功能码（10进制）

功能码	定  义	操  作（二进制）
03	读寄存器数据	读取单路或多路工况数据；单路或多路控制/报警设置数据
06	写单个寄存器（状态量）	写单个功能寄存器
16	写多个寄存器	写多个功能寄存器或参数值到eeprom

1) 功能码03：读从机工况数据

例如：主机要读取地址为01，起始地址为从0x268h从机工况数据，8种16进制数据。

从机（FH）数据寄存器的地址和数据为：

寄存器地址	寄存器数据（16进制）
0x268	1784H
0x26a	0000H
0x26c	178AH
0x26e	178AH
0x270	178AH
0x272	178AH
0x274	178AH
0x276	178AH

主机发送的报文格式：

主机发送	字节数	发送的信息	举例说明
从机地址	1	01H	发送至地址为01的从机
功能码	1	03H	读取工况数据
起始地址	2	0268H	起始地址为0x268
数据路数	2	0008H	读取8种工况数据
CRC码	2	XXXXH	由主机计算得到CRC码

从机（FH）响应返回的报文格式：

从机响应	字节数	返回的信息	举例说明
从机地址	1	01H	来自从机01
功能码	1	03H	读取工况数据
字节数	1	0eH	后面跟随数据的字节数
第1种工况数据	2	1784H	系统工作状态
第2种工况数据	2	0000H	阀门开度给定
第3种工况数据	2	178AH	阀门开度值
第4种工况数据	2	178AH	模块温度
第5种工况数据	2	178AH	母线电压
第6种工况数据	2	178AH	电机速度
第7种工况数据	2	178AH	电机电流值
第8种工况数据	2	178AH	系统异常状态量
CRC码	2	XXXXH	由从机计算得到CRC码

2) 功能码03：读从机参数值

例如：主机要读取地址为01，起始地址为从0x200h的从机参数值，13个16进制数据。

从机（FH）数据寄存器的地址和数据为：

寄存器地址	寄存器数据（16进制）
0x200	1784H
0x202	0000H
0x204
0x236
0x238	178AH

主机发送的报文格式：

主机发送	字节数	发送的信息	举例说明
从机地址	1	01H	发送至地址为01的从机
功能码	1	03H	读取参数值
起始地址	2	0200H	起始地址为0x200
数据路数	2	000DH	读取13个参数值
CRC码	2	XXXXH	由主机计算得到CRC码

从机（FH）响应返回的报文格式：

从机响应	字节数	返回的信息	举例说明
从机地址	1	01H	来自从机01
功能码	1	03H	读取工况数据
字节数	1	1AH	26个字节
第1个参数值	2	1784H
第2个参数值	2	0000H
第3个参数值	2	178AH
第4个参数值	2	178AH
第13个参数值	2	178AH
CRC码	2	XXXXH	由从机计算得到CRC码

 

注：1、控制器共有42个工作参数，详细见附录2

2、所有参数须分四次传完（13*3+3）

3) 功能码06：写单个寄存器

主机利用这个功能码把数据保存到控制器的数据存储器中去（寄存器）。例如：主机要把0016H保存到从机0x0200寄存器中去（从机地址码为01）。通讯数据保存结束后，从机内0x0200寄存器为0001H：

主机发送数据地址和数据为：

寄存器地址	数据
0x234	01

主机发送的报文格式：

主机发送	字节数	发送的信息	举例说明
从机地址	1	01H	发送至从机01
功能码	1	06H	写单路寄存器
数据地址	2	0x0200	第1项参数
保存数据	2	0x0001H
CRC码	2	XXXXH	由主机计算得到的CRC码

从机（FH）响应返回的报文格式：

主机发送	字节数	返回的信息	举例说明
从机地址	1	01H	发送至从机01
功能码	1	06H	写多路寄存器
数据地址	2	0x0200	第1项参数
保存数据	2	0001H
CRC码	2	XXXXH	由主机计算得到的CRC码

4) 功能码16：写多个数据

主机利用这个功能码把多个数据保存到从机的数据存储器中去（寄存器）。例如：主机要把04B0H，保存到从机第1项参数中去；1388H保存到从机第2项参数中去（从机地址码为01）。通讯数据保存结束后，从机内 第1项参数为04B0H；、第2项参数为1388H：（参数首地址0X200H）

主机发送数据地址和数据为：

地址	数据
0x200h	04B0H
0x202h	1388H

主机发送的报文格式：

主机发送	字节数	发送的信息	举例说明
从机地址	1	01H	发送至从机01
功能码	1	10H	写多路寄存器
起始地址	2	0x200H	第1项参数地址
数据数	2	0002H	共2项参数数据
保存数据1	2	04B0H
保存数据2	2	1388H
CRC码	2	XXXXH	由主机计算得到的CRC码

从机（FH）响应返回的报文格式：

主机发送	字节数	返回的信息	举例说明
从机地址	1	01H	发送至从机01
功能码	1	10H	写多路寄存器
起始地址	2	0x200H	第1项参数地址
数据数	2	0002H	共2项参数数据
CRC码	2	XXXXH	由主机计算得到的CRC码

 

4. 错误校验码（CRC校验）

主机或从机可用校验码进行判别接收信息是否正确。由于电子噪声或一些其它干扰，信息在传输过程中有时会发生错误，错误校验码（CRC）可以检验主机或从机在通讯数据传送过程中的信息是否有误，错误的数据可以放弃（无论是发送还是接收），这样增加了系统的安全和效率。

MODBUS通讯协议的CRC（冗余循环码）包含2个字节，即16位二进制数。CRC码由发送设备（主机）计算，放置于发送信息帧的尾部。接收信息的设备（从机）再重新计算接收到信息的CRC，比较计算得到的CRC是否与接收到的相符，如果两者不相符，则表明出错。

在进行CRC计算时只用8个数据位，起始位及停止位，如有奇偶校验位也包括奇偶校验位，都不参与CRC计算。

CRC码的计算方法 

1．预置1个16位的寄存器为十六进制FFFF（即全为1）；称此寄存器为 CRC寄存器；

2．把第一个8位二进制数据（既通讯信息帧的第一个字节）与16位的CRC 寄存器的低8位相异或，把结果放于CRC寄存器；

3．把CRC寄存器的内容右移一位（朝低位）用0填补最高位，并检查最低位（LSB位被提取出来检测）；

如果最低位为1：移位后 CRC寄存器与多项式A001（1010 0000 0000 0001）进行异或；如果最低位为0：不作处理；

4．重复步骤3，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理；

5．重复步骤2到步骤5，进行通讯信息帧下一个字节的处理；

6．最后得到的CRC寄存器内容即为：CRC码。

注：报文中的CRC码低八位在前，高八位在后。

5. 通讯错误信息及数据的处理：

    当从机发现除了CRC码出错以外的错误时，必须向主机回送信息，并将接收到的功能码的最高位置为1，即从机返送给主机的功能码是在主机发送的功能码的基础上加128 。以下的这些代码表明有意外的错误发生。

    从机接收到的信息如有CRC错误，则将被从机忽略。

    从机返送的错误码的格式如下（CRC码除外）：

        地址码： 1字节

        功能码： 1字节（最高位为1，例：03H功能码变为83H）

        错误码： 1字节

        CRC码：2字节。

     从机响应回送如下错误码：

      81：非法的数据位置。

          指定的数据位置超出从机的范围。

      82：非法的数据值。

          接收到主机发送的数据值超出从机相应地址的数据范围。

附录1：FH控制器MODBUS通讯规约信息表

工况数据