MODBUS TCP协议实例数据帧详细分析

MODBUS TCP协议实例数据帧详细分析
1.简介
2.ModbusTCP数据帧
2.1.报文头MBAP
2.2.帧结构PDU
3.ADU详细结构
3.1. 0x01：读线圈
3.2. 0x02：读离散量输入
3.3. 0x03：读保持寄存器
3.4. 0x04：读输入寄存器
3.5. 0x05：写单个线圈
3.6. 0x06：写单个保持寄存器
3.7. 0x0F：写多个线圈
3.8. 0x10：写多个保持寄存器
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。

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 01    01    00    00    00    08
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 01    01    01    01
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 01    02    00    00    00    08
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 01    02    01    01
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 01    03    00    00    00    03
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 01    03    06    00 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 01    04    00    00    00    03
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 01    04    06    00 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 01    05    00    00    FF    00
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 01    05    00    00    FF    00
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 01    06    00    00    00    0A
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 01    06    00    00    00    0A
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 01    0F    00    00    00    04    01    0F
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 01    0F    00    00    00    04
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 01    10    00    00    00    01    02    00 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 01    10    00    00    00    01