在上一个视频中，我们了解了什么是Modbus通信协议以及行业中使用的Modbus通信类型。

今天我们在在本视频中，将学习有关Modbus设备之间Modbus通信协议如何工作以及它们的工作原理是什么？

1.Modbus协议消息结构

-Modbus协议设备

-Modbus协议数据单元（PDU）

-Modbus消息“功能代码字段”

-Modbus消息“数据”字段

2. Modbus消息错误处理

3. Modbus RTU最常用的功能代码

4. Modbus协议模拟器软件

Modbus协议消息结构

-Modbus协议设备

-Modbus协议数据单元（PDU）

-Modbus消息“功能代码字段”

-Modbus消息“数据”字段

Modbus是如何工作的呢？每个Modbus消息具有相同的结构。每个消息中包含四个基本元素。元素的顺序和顺序对于所有消息都是相同的。可以轻松解析Modbus消息的内容。

对话始终由Modbus网络中的主机启动。Modbus主站发送一条消息，然后根据消息的内容，从站读取该消息并做出响应。

消息头中的物理从设备寻址用于定义哪个从设备应响应消息。如果地址字段与它们自己的地址不匹配，则Modbus网络上的所有其他节点将忽略该消息。

Modbus功能对从站的内部存储器寄存器执行读写指令，以配置，监视和控制从站的输入和输出。

Modbus协议设备

Modbus协议设备通常将包括一个寄存器映射，可以写入和读取配置，输入和输出数据。

Modbus数据模型具有简单的结构，描述了四种基本数据类型：

1.离散输入

2.线圈输出

3.输入寄存器（输入数据）

4.保持寄存器（输出数据）

Modbus协议数据单元（PDU）

消息或Modbus协议数据单元或PDU的服务请求区域包括

–功能代码。

–主机请求的多个“数据”字节。

设备的Modbus存储器寄存器围绕四种基本数据引用类型进行组织，并且该数据类型由设备存储器地址中使用的前导数字进一步标识，例如：

–基于零（0）的寄存器，引用一条消息来读取或写入“离散输出或线圈”。

–基于一（1）个寄存器，引用读取“离散输入”。

–基于三（3）个寄存器，引用读取“输入寄存器”。

–基于四（4）个寄存器，引用对“输出或保持寄存器”的读取或写入。

Modbus消息“功能代码字段”

“功能代码字段”指定了它从属设备读取或写入的寄存器数据组。

例如，将功能代码03（读取的保持寄存器40001-40002）寻址为发送到从站的消息的数据地址字段中的数据寄存器0000。

功能代码03适用于从站数据映射中的保持寄存器类型（4xxxx），因为该请求使用保持寄存器数据类型操作进行指定，并且隐含了请求中的4xxxx寻址。

PDU中的字段分为多个字节，并按字段名称分组。

该请求消息包含：

– 01的“从站地址”。

– 03的“功能代码”（从保持寄存器4xxxx读取）。

–指定“起始寄存器”的“起始地址” HI和LO字节（0000）。

–从从站读取的“地址计数”，计数值（0002）的寄存器HI和LO字节，该计数值指定要从从站读取的“寄存器的数量”。

从属设备1请求“读取”“保持寄存器”区域0至1（寄存器40001至40002）中的“前两个寄存器”

从视频中可以看出，保持寄存器40108实际上是PDU消息数据区域中的寄存器107。

许多数据类型都是根据其用途来命名的。例如，单位物理输出称为线圈，单位物理输入称为离散输入或触点。

消息的功能代码字段将包含一个字节，该字节告诉从站采取何种操作。

有效的功能代码范围是1到255，但是并非所有代码都适用于特定的从站。

视频所示的表格突出显示了标准Modbus协议功能的子集。

Modbus消息“数据”字段

此外，主站请求“数据”字段为从站提供了从站所需的任何其他信息，以完成主站请求中“功能代码”所指定的操作。

主人的请求通常包括：

–从机映射寄存器地址。

–请求中提供的寄存器数。

–来自主机的任何写入数据。

Modbus消息错误处理

从站的正常响应只是回显请求的原始功能代码，但是从站的错误响应返回的代码与原始功能代码等效，且最高有效位设置为逻辑1。

例如，“读取保持寄存器”命令（功能代码03）具有1个字节（包含8位）的功能代码是二进制0000 0011（03十六进制）。如果从设备无误地接受了请求，它将在响应中返回相同的代码。

但是，如果发生错误，从站将在“功能代码”字段中返回包含8个二进制位1000 0011（设置为逻辑1的最高有效位）的1个字节，并在“数据”字段中附加一个唯一的代码（异常代码）。响应消息的字段，告诉主设备发生了哪种类型的错误或错误的原因。

Modbus RTU最常用的功能代码

此功能代码01“读取 线圈”代码，用于从1到2000个连续寄存器中读取从设备中线圈的状态。请求PDU指定从属存储寄存器的第一个线圈地址，以及从从属设备读取的线圈数。

功能码02，“读取离散输入”代码，用于读取远程从站中离散输出的1到2000个连续状态。请求PDU指定从属存储寄存器的第一个输入地址，以及要从从属设备读取的输入数量。

功能代码03，“读取保持寄存器”代码，用于读取远程从站中保持寄存器的连续块的内容。请求PDU指定起始寄存器地址和要从从设备读取的寄存器数。

功能代码04，“读取输入寄存器”代码，用于从远程设备中读取1到125个连续的输入寄存器。请求PDU指定了起始寄存器地址和寄存器数。

功能码05，“写入单个线圈”代码，用于将单个输出写入远程从设备中的ON或OFF。

功能代码06，“写入单个寄存器”代码，用于在远程从设备中写入单个保持寄存器。请求PDU指定要写入的从属存储器寄存器地址的地址。

功能代码15“写入多个线圈”代码用于在远程从设备中将一系列线圈中的每个线圈强制为ON或OFF。请求PDU指定要强制打开或关闭的线圈存储地址。

功能码16“写入多个寄存器”用于在远程从设备中写入从1到123个寄存器的连续寄存器块。

这些Modbus功能代码代表最常见的读取和写入功能，助于我们查看Modbus协议规范以便可以获取更多信息。

Modbus协议模拟器软件

可以通过Modbus模拟器软件在您的个人计算机上运行来实现与从属设备或主PLC或计算机的通信。

该连接可以是串行连接，也可以是以太网连接，并且可以是主连接或从连接的形式。该软件将允许您执行所有Modbus协议通信功能代码，以简单地读取或写入现有从站。

我们可以设置一台计算机来运行从属仿真软件，而另一台计算机来运行主仿真软件。

首先，通过设置串行COM端口的通信参数来执行从站连接。

然后，在“设备ID”字段中输入从站的地址，选择功能代码01读取从站的线圈状态在地址0001处声明，并读取100个线圈的长度。

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