什麼是ModBusRTU通訊協議

Modbus協議最初由Modicon公司開發出來，在1979年末該公司成為施耐德自動化(Schneider Automation)部門的一部分，現在Modbus已經是工業領域全球最流行的協議。此協議支援傳統的RS-232、RS-422、RS-485和乙太網裝置。許多工業裝置，包括PLC，DCS，智慧儀表等都在使用Modbus協議作為他們之間的通訊標準。有了它，不同廠商生產的控制裝置可以連成工業網路，進行集中監控。

當在網路上通訊時，Modbus協議決定了每個控制器須要知道它們的裝置地址，識別按地址發來的訊息，決定要產生何種行動。如果需要回應，控制器將生成應答並使用Modbus協議傳送給詢問方。

Modbus協議包括ASCII、RTU、TCP等，並沒有規定物理層。此協議定義了控制器能夠認識和使用的訊息結構，而不管它們是經過何種網路進行通訊的。標準的Modicon控制器使用RS232C實現序列的Modbus。Modbus的ASCII、RTU協議規定了訊息、資料的結構、命令和就答的方式，資料通訊採用Maser/Slave方式，Master端發出資料請求訊息，Slave端接收到正確訊息後就可以傳送資料到Master端以響應請求；Master端也可以直接發訊息修改Slave端的資料，實現雙向讀寫。

Modbus協議需要對資料進行校驗，序列協議中除有奇偶校驗外，ASCII模式採用LRC校驗，RTU模式採用16位CRC校驗，但TCP模式沒有額外規定校驗，因為TCP協議是一個面向連線的可靠協議。另外，Modbus採用主從方式定時收發資料，在實際使用中如果某Slave站點斷開後（如故障或關機），Master端可以診斷出來，而當故障修復後，網路又可自動接通。因此，Modbus協議的可靠性較好。

對於Modbus的ASCII、RTU和TCP協議來說，其中TCP和RTU協議非常類似，我們只要把RTU協議的兩個位元組的校驗碼去掉，然後在RTU協議的開始加上5個0和一個6並透過TCP/IP網路協議傳送出去即可。

（一）、通訊傳送方式：

　　 通訊傳送分為獨立的資訊頭，和傳送的編碼資料。以下的通訊傳送方式定義也與ModBusRTU通訊規約相相容：

初始結構 = ≥4位元組的時間

地址碼 = 1 位元組

功能碼 = 1 位元組

資料區 = N 位元組

錯誤校檢 = 16位CRC碼

結束結構 = ≥4位元組的時間

　　地址碼：地址碼為通訊傳送的第一個位元組。這個位元組表明由使用者設定地址碼的從機將接收由主機發送來的資訊。並且每個從機都有具有唯一的地址碼，並且響應回送均以各自的地址碼開始。主機發送的地址碼錶明將傳送到的從機地址，而從機發送的地址碼錶明回送的從機地址。

　　功能碼：通訊傳送的第二個位元組。ModBus通訊規約定義功能號為1到127。本儀表只利用其中的一部分功能碼。作為主機請求傳送，透過功能碼告訴從機執行什麼動作。作為從機響應，從機發送的功能碼與從主機發送來的功能碼一樣，並表明從機已響應主機進行操作。如果從機發送的功能碼的最高位為１(比如功能碼大與此同時127)，則表明從機沒有響應操作或傳送出錯。

　　資料區：資料區是根據不同的功能碼而不同。資料區可以是實際數值、設定點、主機發送給從機或從機發送給主機的地址。

　　 CRC碼：二位元組的錯誤檢測碼。

（二）、通訊規約：

　　 當通訊命令傳送至儀器時，符合相應地址碼的裝置接通訊命令，併除去地址碼，讀取資訊，如果沒有出錯，則執行相應的任務；然後把執行結果返送給傳送者。返送的資訊中包括地址碼、執行動作的功能碼、執行動作後結果的資料以及錯誤校驗碼。如果出錯就不傳送任何資訊。

1．資訊幀結構

地址碼 功能碼 資料區 錯誤校驗碼

8位 8位 N × 8位 16位

　　地址碼：地址碼是資訊幀的第一位元組(8位)，從0到255。這個位元組表明由使用者設定地址的從機將接收由主機發送來的資訊。每個從機都必須有唯一的地址碼，並且只有符合地址碼的從機才能響應回送。當從機回送資訊時，相當的地址碼錶明該資訊來自於何處。

　　 功能碼：主機發送的功能碼告訴從機執行什麼任務。表1-1列出的功能碼都有具體的含義及操作。

　　資料區：資料區包含需要從機執行什麼動作或由從機採集的返送資訊。這些資訊可以是數值、參考地址等等。例如，功能碼告訴從機讀取暫存器的值，則資料區必需包含要讀取暫存器的起始地址及讀取長度。對於不同的從機，地址和資料資訊都不相同。

　　錯誤校驗碼：主機或從機可用校驗碼進行判別接收資訊是否出錯。有時，由於電子噪聲或其它一些干擾，資訊在傳輸過程中會發生細微的變化，錯誤校驗碼保證了主機或從機對在傳送過程中出錯的資訊不起作用。這樣增加了系統的安全和效率。錯誤校驗採用CRC-16校驗方法。

注：資訊幀的格式都基本相同：地址碼、功能碼、資料區和錯誤校驗碼。

2．錯誤校驗

　　 冗餘迴圈碼（CRC）包含2個位元組，即16位二進位制。CRC碼由傳送裝置計算，放置於傳送資訊的尾部。接收資訊的裝置再重新計算接收到資訊的 CRC碼，比較計算得到的CRC碼是否與接收到的相符，如果兩者不相符，則表明出錯。

（三）、Modbus支援的功能碼：

功能碼 名稱 作用

01 讀取線圈狀態 取得一組邏輯線圈的當前狀態（ON/OFF)

02 讀取輸入狀態 取得一組開關輸入的當前狀態（ON/OFF)

03 讀取保持暫存器 在一個或多個保持暫存器中取得當前的二進位制值

04 讀取輸入暫存器 在一個或多個輸入暫存器中取得當前的二進位制值

05 強置單線圈 強置一個邏輯線圈的通斷狀態

06 預置單暫存器 把具體二進值裝入一個保持暫存器

07 讀取異常狀態 取得8個內部線圈的通斷狀態，這8個線圈的地址由控制器決定

08 回送診斷校驗 把診斷校驗報文送從機，以對通訊處理進行評鑑

09 程式設計（只用於484） 使主機模擬程式設計器作用，修改PC從機邏輯

10 控詢（只用於484） 可使主機與一臺正在執行長程式任務從機通訊，探詢該從機是否已完成其操作任務，僅在含有功能碼9的報文傳送後，本功能碼才傳送

11 讀取事件計數 可使主機發出單詢問，並隨即判定操作是否成功，尤其是該命令或其他應答產生通訊錯誤時

12 讀取通訊事件記錄 可是主機檢索每臺從機的ModBus事務處理通訊事件記錄。如果某項事務處理完成，記錄會給出有關錯誤

13 程式設計（184/384 484 584） 可使主機模擬程式設計器功能修改PC從機邏輯

14 探詢（184/384 484 584） 可使主機與正在執行任務的從機通訊，定期控詢該從機是否已完成其程式操作，僅在含有功能13的報文傳送後，本功能碼才得傳送

15 強置多線圈 強置一串連續邏輯線圈的通斷

16 預置多暫存器 把具體的二進位制值裝入一串連續的保持暫存器

17 報告從機標識 可使主機判斷編址從機的型別及該從機執行指示燈的狀態

18 （884和MICRO 84） 可使主機模擬程式設計功能，修改PC狀態邏輯

19 重置通訊鏈路 發生非可修改錯誤後，是從機復位於已知狀態，可重置順序位元組

20 讀取通用引數（584L） 顯示擴充套件儲存器檔案中的資料資訊

21 寫入通用引數（584L） 把通用引數寫入擴充套件儲存檔案，或修改之

22～64 保留作擴充套件功能備用

65～72 保留以備使用者功能所用 留作使用者功能的擴充套件編碼

73～119 非法功能

120～127 保留 留作內部作用

128～255 保留 用於異常應答

（三）、功能碼命令詳解：

在這些功能碼中較長使用的是1、2、3、4、5、6號功能碼，使用它們即可實現對下位機的數字量和模擬量的讀寫操作。

1、01號命令，讀可讀寫數字量暫存器（線圈狀態）：

計算機發送命令：[裝置地址] [命令號01] [起始暫存器地址高8位] [低8位] [讀取的暫存器數高8位] [低8位] [CRC校驗的低8位] [CRC校驗的高8位]

例：[11][01][00][13][00][25][CRC低][CRC高]

意義如下：

<1>裝置地址：在一個485總線上可以掛接多個裝置，此處的裝置地址表示想和哪一個裝置通訊。例子中為想和17號(十進位制的17是十六進位制的11)通訊。

<2>命令號01：讀取數字量的命令號固定為01。

<3>起始地址高8位、低8位：表示想讀取的開關量的起始地址(起始地址為0)。比如例子中的起始地址為19。

<4>暫存器數高8位、低8位：表示從起始地址開始讀多少個開關量。例子中為37個開關量。

<5>CRC校驗：是從開頭一直校驗到此之前。

裝置響應：[裝置地址] [命令號01] [返回的位元組個數][資料1][資料2]...[資料n] [CRC校驗的高8位] [CRC校驗的低8位]

例：[11][01][05][CD][6B][B2][0E][1B] [CRC高] [CRC低]

意義如下：

<1>裝置地址和命令號和上面的相同。

<2>返回的位元組個數：表示資料的位元組個數，也就是資料1，2...n中的n的值。

<3>資料1...n：由於每一個數據是一個8位的數，所以每一個數據表示8個開關量的值，每一位為0表示對應的開關斷開，為1表示閉合。比如例子中，表示20號(索引號為19)開關閉合，21號斷開，22閉合，23閉合，24斷開，25斷開，26閉合，27閉合...如果詢問的開關量不是8的整倍數，那麼最後一個位元組的高位部分無意義，置為0。

<4>CRC校驗同上。

2、05號命令，寫數字量（線圈狀態）：

計算機發送命令：[裝置地址] [命令號05] [需下置的暫存器地址高8位] [低8位] [下置的資料高8位] [低8位] [CRC校驗的低8位] [CRC校驗的高8位]

例：[11][05][00][AC][FF][00][CRC高][CRC低]

意義如下：

<1>裝置地址和上面的相同。

<2>命令號:寫數字量的命令號固定為05。

<3>需下置的暫存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的開關的地址。

<4>下置的資料高8位，低8位：表明需要下置的開關量的狀態。例子中為把該開關閉合。注意，此處只可以是[FF][00]表示閉合[00][00]表示斷開，其他數值非法。

<5>注意此命令一條只能下置一個開關量的狀態。

裝置響應：如果成功把計算機發送的命令原樣返回，否則不響應。

3、03號命令，讀可讀寫模擬量暫存器（保持暫存器）：

計算機發送命令：[裝置地址] [命令號03] [起始暫存器地址高8位] [低8位] [讀取的暫存器數高8位] [低8位] [CRC校驗的高8位] [CRC校驗的低8位]

例：[11][03][00][6B][00][03] [CRC高][CRC低]

意義如下：

<1>裝置地址和上面的相同。

<2>命令號:讀模擬量的命令號固定為03。

<3>起始地址高8位、低8位：表示想讀取的模擬量的起始地址(起始地址為0)。比如例子中的起始地址為107。

<4>暫存器數高8位、低8位：表示從起始地址開始讀多少個模擬量。例子中為3個模擬量。注意，在返回的資訊中一個模擬量需要返回兩個位元組。

裝置響應：[裝置地址] [命令號03] [返回的位元組個數][資料1][資料2]...[資料n] [CRC校驗的高8位] [CRC校驗的低8位]

例：[11][03][06][02][2B][00][00][00][64] [CRC高] [CRC低]

意義如下：

<1>裝置地址和命令號和上面的相同。

<2>返回的位元組個數：表示資料的位元組個數，也就是資料1，2...n中的n的值。例子中返回了3個模擬量的資料，因為一個模擬量需要2個位元組所以共6個位元組。

<3>資料1...n：其中[資料1][資料2]分別是第1個模擬量的高8位和低8位，[資料3][資料4]是第2個模擬量的高8位和低8位，以此類推。例子中返回的值分別是555，0，100。

<4>CRC校驗同上。

4、06號命令，寫單個模擬量暫存器（保持暫存器）：

計算機發送命令：[裝置地址] [命令號06] [需下置的暫存器地址高8位] [低8位] [下置的資料高8位] [低8位] [CRC校驗的高8位] [CRC校驗的低8位]

例：[11][06][00][01][00][03] [CRC高] [CRC低]

意義如下：

<1>裝置地址和上面的相同。

<2>命令號:寫模擬量的命令號固定為06。

<3>需下置的暫存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的模擬量暫存器的地址。

<4>下置的資料高8位，低8位：表明需要下置的模擬量資料。比如例子中就把1號暫存器的值設為3。

<5>注意此命令一條只能下置一個模擬量的狀態。

裝置響應：如果成功把計算機發送的命令原樣返回，否則不響應。

5、16號命令，寫多個模擬量暫存器（保持暫存器）：

計算機發送命令：[裝置地址] [命令號16] [需下置的暫存器地址高8位] [低8位] [資料數量高8位] [資料數量低8位] [下置的資料高8位] [低8位][……][……] [CRC校驗的高8位] [CRC校驗的低8位]

例：[11][16][00][01][00][01][00][05] [CRC高] [CRC低]

意義如下：

<1>裝置地址和上面的相同。

<2>命令號:寫模擬量的命令號固定為16。

<3>需下置的暫存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的模擬量暫存器的地址。

<4>需下置的資料數量高8位，低8位：表明了需要下置的資料數量，這裡為1。

<5>下置的資料高8位，低8位：表明需要下置的模擬量資料。比如例子中就把1號暫存器的值設為5。

裝置響應：如果成功把計算機返回的如下命令，否則不響應。

裝置響應：[裝置地址] [命令號16] [需下置的暫存器地址高8位] [低8位] [資料數量高8位] [資料數量低8位] [CRC校驗的高8位] [CRC校驗的低8位]，如上例返回：

[11][16][00][01][00][01] [CRC高] [CRC低]

M-bus簡稱儀表匯流排， 它具有兩匯流排無極性，佈線無拓撲要求,匯流排自供電，抗干擾能力強、中繼級數多、帶終端級數多，簡單、可靠等一 系列優點，是目前抄表系統應用的最好的匯流排。

M-BUS 系統採用半雙工非同步通訊，傳輸速率：300Bps—9600Bps。傳輸距離較遠，由超聲波熱量表內獨立鋰電 池供電，外部電源斷電不影響其獨立工作。 採用 M-BUS 匯流排施工方便，執行可靠，在歐洲廣泛應用於抄表系統。