MODBUS協(xié)議是康公司1978年發(fā)明用于電子控制器進行控制和通信的協(xié)議。不同廠商生產的符合MODBUS協(xié)議的控制設備可以連成工業(yè)網絡，進行集中監(jiān)控。MODBUS協(xié)議采用主從（master-slave）技術，是一種問答方式的通信協(xié)議。每次通信均由主機發(fā)出數(shù)據(jù)請求信息，從機接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主機以響應請求；主機也可以直接發(fā)信息修改從機的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雙向讀寫?！　≡诰唧w介紹Modbus協(xié)議之前，先向大家簡單介紹一下設備中的數(shù)據(jù)如何存儲。我們常把設備中存儲數(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位整型或實型的數(shù)據(jù)，低地址存放低16位，高地址存放高16位。
　　接下來詳細介紹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，而Modbus TCP沒有。
　　其次，Modbus ASCII的通信格式與Modbus RTU其實“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束符便可以，當然Modbus RTU和Modbus ASCII的校驗的方式不同，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，但其實際表達的意思卻是一樣。
　　下面就以Modbus RTU為例，詳細表述世紀星組態(tài)軟件是如何讀取設備中的數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)設置到設備中。

1.讀數(shù)據(jù)：
　　上位機發(fā)送命令：02 03 00 05 00 02 D4 39
　　設備返回的數(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，這里為大家詳細解釋一下。
　　1）發(fā)送的命令：
　　個字節(jié)：02，它表示的是設備地址。在同一條485總線上，可能會接多個設備，而這個設備地址就相當于每一個設備的標識，繼而決定每一個設備的設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)，作用就是告訴設備，上位機想要讀取的是什么樣的數(shù)據(jù)，世紀星組態(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，它告訴設備上位機想要讀取的數(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)，結合第三第四個字節(jié)，就是告訴設備，上位機想要讀取的數(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校驗碼，不論是讀數(shù)據(jù)還是設置數(shù)據(jù)，發(fā)送和返回命令里的最后兩個字節(jié)都是CRC校驗碼，具體的計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），設備返回的數(shù)據(jù)中的第三個字節(jié)只為1，因為一個字節(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位整型或實型數(shù)據(jù)的高16位或低16位。所以設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)便是設備返回的有效數(shù)據(jù)，結合發(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(十進制為8208)。
　　第八第九個字節(jié)：49 3D，是CRC校驗碼。

2. 寫數(shù)據(jù)
　　1）寫位寄存器
　　上位機發(fā)送命令：02 05 00 05 FF 00 9C 08
　　設備返回的數(shù)據(jù)：02 05 00 05 FF 00 9C 08
　　個字節(jié)：02，表示設備地址，這里就不做重復介紹。
　　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，表示的是上位機發(fā)送命令所強置的寄存器的地址。
　　第五第六個字節(jié)：FF00H，表示上位機要將地址為5的位寄存器強置為1，當強置為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校驗字節(jié)。
　　設備正常返回時，返回的數(shù)據(jù)與上位機發(fā)送的命令是一致的。

　　2）寫單個16位寄存器
　　上位機發(fā)送命令：02 06 00 05 00 12 19 F5
　　設備返回的數(shù)據(jù)：02 06 00 05 00 12 19 F5
　　個字節(jié)：02，表示設備地址。
　　第二個字節(jié)：06，為功能碼字節(jié)，06號功能碼的作用為預置單個16位寄存器。
　　第三第四個字節(jié)：0005，表示的是上位機發(fā)送命令所預置的寄存器的地址。
　　第五第六個字節(jié)：0012H，表示上位機要將地址為5的16位寄存器預置為12H（十進制為18）。
　　第七第八個字節(jié)：19 F5，為CRC校驗字節(jié)。
　　設備正常返回時，返回的數(shù)據(jù)與上位機發(fā)送的命令一致。

　　3）寫多個16位寄存器
　　上位機發(fā)送命令：02 10 00 06 00 02 04 01 02 00 00 DC FD
　　設備返回的數(shù)據(jù)：02 10 00 06 00 04 21 F8
　　發(fā)送的命令：
　　個字節(jié)：02，表示設備地址。
　　第二個字節(jié)：10H（十進制為16），為功能碼字節(jié)，10H號功能碼的作用為預置多個16位寄存器。
　　第三第四個字節(jié)：0006，表示的是上位機發(fā)送命令所預置的多個寄存器的起始地址為0006H。
　　第五第六個字節(jié)：0002，表示上位機要連續(xù)預置連續(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)便是要預置到寄存器中的數(shù)據(jù)，結合前面的信息，我們知道這條命令是要將0102H（十進制為258）預置到地址為6的寄存器中，0000H預置到地址為7的寄存器中。
　　最后兩個字節(jié)：9C08，為CRC校驗字節(jié)。
　　返回的數(shù)據(jù)：
　　個字節(jié)：02，表示設備地址。
　　第二個字節(jié)：10H（十進制為16），為功能碼字節(jié)。
　　第三第四個字節(jié)：0006，表示的是上位機發(fā)送命令所預置的多個寄存器的起始地址位0006H。
　　第五第六個字節(jié)：0004，表示上位機預置了連續(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校驗字節(jié)。
　　無論是強制位寄存器還是預置16位寄存器，設備返回數(shù)據(jù)的作用僅僅是告訴上位機數(shù)據(jù)已經成功設置到設備寄存器中了。

　　關于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有初步的認識。在下一期的《世紀星月刊》中，我會繼續(xù)介紹世紀星組態(tài)軟件對Modbus 協(xié)議的支持情況，希望會對世紀星的廣大用戶有所幫助。 ■