перейти к содержанию

Подробное описание протокола Modbus TCP с примерами команд

В этой статье вы узнаете о протоколе Modbus TCP, который является развитием протокола Modbus RTU. Англоязычная версия статьи доступна на ipc2u.com.

Содержание:

• Куда посылать команду Modbus TCP?
• Описание протокола Modbus TCP
• Типы команд Modbus TCP
• Как послать команду на чтение дискретного вывода? Команда 0x01
• Как послать команду на чтение дискретного ввода? Команда 0x02
• Как послать команду на чтение аналогового вывода? Команда 0x03
• Как послать команду на чтение аналогового ввода? Команда 0x04
• Как послать команду на запись дискретного вывода? Команда 0x05
• Как послать команду на запись аналогового вывода? Команда 0x06
• Как послать команду на запись нескольких дискретных выводов? Команда 0x0F
• Как послать команду на запись нескольких аналоговых выводов? Команда 0x10
• Ошибки запроса Modbus TCP
• Программы для работы с протоколом Modbus TCP
• Оборудование с поддержкой протокола Modbus TCP

Куда посылать команду Modbus TCP?

В сети Ethernet адресом устройства является его IP-адрес. Обычно устройства находятся в одной подсети, где IP адреса отличаются последними цифрами 192.168.1.20 при использовании самой распространённой маски подсети 255.255.255.0.

Интерфейсом является сеть Ethernet, протоколом передачи данных – TCP/IP.

Используемый TCP-порт: 502.

Наверх к оглавлению

Описание протокола Modbus TCP

Команда Modbus TCP состоит из части сообщения Modbus RTU и специального заголовка.

О Modbus RTU написано в этой статье.

Из сообщения Modbus RTU удаляется SlaveID адрес в начале и CRC контрольная сумма в конце, что образует PDU, Protocol Data Unit.

Ниже приведен пример запроса Modbus RTU для получения значения AO аналогового выхода (holding registers) из регистров от #40108 до 40110 с адресом устройства 17.

11 03 006B 0003 7687

11 Адрес устройства SlaveID (17 = 11 hex)
03 Функциональный код Function Code (читаем Analog Output Holding Registers)
006B Адрес первого регистра (40108-40001 = 107 =6B hex)
0003 Количество требуемых регистров (чтение 3-х регистров с 40108 по 40110)
7687 Контрольная сумма CRC

Отбрасываем адрес устройства SlaveID и контрольную сумму CRC и получаем PDU:

03 006B 0003

К началу получившегося сообщения PDU добавляется новый 7-байтовый заголовок, который называется MBAP Header (Modbus Application Header). Этот заголовок имеет следующие данные:

Transaction Identifier (Идентификатор транзакции): 2 байта устанавливаются Master, чтобы однозначно идентифицировать каждый запрос. Может быть любыми. Эти байты повторятся устройством Slave в ответе, поскольку ответы устройства Slave не всегда могут быть получены в том же порядке, что и запросы.

Protocol Identifier (Идентификатор протокола): 2 байта устанавливаются Master, всегда будут = 00 00, что соответствует протоколу Modbus.

Length (Длина): 2 байта устанавливаются Master, идентифицирующие число байтов в сообщении, которые следуют далее. Считается от Unit Identifier до конца сообщения.

Unit Identifier (Идентификатор блока или адрес устройства): 1 байт устанавливается Master. Повторяется устройством Slave для однозначной идентификации устройства Slave.

Итого получаем:

Modbus RTU Slave ID Запрос CRC
Modbus RTU 11 03 006B 0003 7687
Modbus TCP 0001 0000 0006 11 03 006B 0003
Modbus TCP MBAP Header PDU
Modbus TCP ADU, Application Data Unit

Где:

0001 Идентификатор транзакции Transaction Identifier
0000 Идентификатор протокола Protocol Identifier
0006 Длина (6 байтов идут следом) Message Length
11 Адрес устройства (17 = 11 hex) Unit Identifier
03 Функциональный код (читаем Analog Output Holding Registers) Function Code
006B Адрес первого регистра (40108-40001 = 107 =6B hex) Data Address of the first register
0003 Количество требуемых регистров (чтение 3-х регистров с 40108 по 40110) The total number of registers

В ответе от Modbus TCP Slave устройства мы получим:

0001 0000 0009 11 03 06 022B 0064 007F

Где:

0001 Идентификатор транзакции Transaction Identifier
0000 Идентификатор протокола Protocol Identifier
0009 Длина (9 байтов идут следом) Message Length
11 Адрес устройства (17 = 11 hex) Unit Identifier
03 Функциональный код (читаем Analog Output Holding Registers) Function Code
06 Количество байт далее (6 байтов идут следом) Byte Count
02 Значение старшего разряда регистра (02 hex) Register value Hi (AO0)
2B Значение младшего разряда регистра (2B hex) Register value Lo (AO0)
00 Значение старшего разряда регистра (00 hex) Register value Hi (AO1)
64 Значение младшего разряда регистра (64 hex) Register value Lo (AO1)
00 Значение старшего разряда регистра (00 hex) Register value Hi (AO2)
7F Значение младшего разряда регистра (7F hex) Register value Lo (AO2)

Регистр аналогового выхода AO0 имеет значение 02 2B HEX или 555 в десятичной системе.

Регистр аналогового выхода АО1 имеет значение 00 64 HEX или 100 в десятичной системе.

Регистр аналогового выхода АО2 имеет значение 00 7F HEX или 127 в десятичной системе.

Наверх к оглавлению

Типы команд Modbus TCP

Приведем таблицу с кодами функций чтения и записи регистров Modbus TCP.

Код функции Что делает функция Тип значения Тип доступа
01 (0x01) Чтение DO Read Coil Status Дискретное Чтение
02 (0x02) Чтение DI Read Input Status Дискретное Чтение
03 (0x03) Чтение AO Read Holding Registers 16 битное Чтение
04 (0x04) Чтение AI Read Input Registers 16 битное Чтение
05 (0x05) Запись одного DO Force Single Coil Дискретное Запись
06 (0x06) Запись одного AO Preset Single Register 16 битное Запись
15 (0x0F) Запись нескольких DO Force Multiple Coils Дискретное Запись
16 (0x10) Запись нескольких AO Preset Multiple Registers 16 битное Запись

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus TCP на чтение дискретного вывода? Команда 0x01

Эта команда используется для чтения значений дискретных выходов DO.

В запросе PDU задается начальный адрес первого регистра DO и последующее количество необходимых значений DO. В PDU значения DO адресуются, начиная с нуля.

Значения DO в ответе находятся в одном байте и соответствуют значению битов.

Значения битов определяются как 1 = ON и 0 = OFF.

Младший бит первого байта данных содержит значение DO адрес которого указывался в запросе. Остальные значения DO следуют по нарастающей к старшему значению байта. Т.е. справа налево.

Если запрашивалось меньше восьми значений DO, то оставшиеся биты в ответе будут заполнены нулями (в направлении от младшего к старшему байту). Поле Byte Count Количество байт далее указывает количество полных байтов данных в ответе.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
01 Идентификатор транзакции 01 Идентификатор транзакции
02 02
00 Идентификатор протокола 00 Идентификатор протокола
00 00
00 Длина сообщения 00 Длина сообщения
06 04
01 Адрес устройства 01 Адрес устройства
01 Функциональный код 01 Функциональный код
00 Адрес первого регистра Hi байт 01 Количество байт далее
00 Адрес первого регистра Lo байт 02 Значение регистра DO 0-1
00 Количество регистров Hi байт
02 Количество регистров Lo байт

Состояния выходов DO0-1 показаны как значения байта 02 hex, или в двоичной системе 0000 0010.

Значение DO1 будет вторым справа, а значение DO0 будет первым справа (младший бит).

Шесть остальных битов заполнены нулями до полного байта, т.к. их не запрашивали.

Каналы - - - - - - DO 1 DO 0
Биты 0 0 0 0 0 0 1 0
Hex 02

Модули с дискретным выводом: ioLogik E1211, ET-7060, ADAM-6060

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus TCP на чтение дискретного ввода? Команда 0x02

Эта команда используется для чтения значений дискретных входов DI.

Запрос и ответ для DI похож на запрос для DO.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
01 Идентификатор транзакции 01 Идентификатор транзакции
02 02
00 Идентификатор протокола 00 Идентификатор протокола
00 00
00 Длина сообщения 00 Длина сообщения
06 04
01 Адрес устройства 01 Адрес устройства
02 Функциональный код 02 Функциональный код
00 Адрес первого регистра Hi байт 01 Количество байт далее
00 Адрес первого регистра Lo байт 03 Значение регистра DI 0-1
00 Количество регистров Hi байт
02 Количество регистров Lo байт

Состояния выходов DI 0-1 показаны как значения байта 03 hex, или в двоичной системе 0000 0011.

Значение DI1 будет вторым справа, а значение DI0 будет первым справа (младший бит).

Шесть остальных битов заполнены нулями.

Модули с дискретным вводом: ioLogik E1210, ET-7053, ADAM-6050

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus TCP на чтение аналогового вывода? Команда 0x03

Эта команда используется для чтения значений аналоговых выходов AO.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
01 Идентификатор транзакции 01 Идентификатор транзакции
02 02
00 Идентификатор протокола 00 Идентификатор протокола
00 00
00 Длина сообщения 00 Длина сообщения
06 07
01 Адрес устройства 01 Адрес устройства
03 Функциональный код 03 Функциональный код
00 Адрес первого регистра Hi байт 04 Количество байт далее
00 Адрес первого регистра Lo байт 02 Значение регистра Hi (AO0)
00 Количество регистров Hi байт 2B Значение регистра Lo (AO0)
02 Количество регистров Lo байт 00 Значение регистра Hi (AO1)
64 Значение регистра Lo (AO1)

Состояния выхода AO0 показаны как значения байта 02 2B hex, или в десятичной системе 555.

Состояния выхода AO1 показаны как значения байта 00 64 hex, или в десятичной системе 100.

Модули с дискретным вводом: ioLogik E1210, ET-7053, ADAM-6050

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus TCP на чтение аналогового ввода? Команда 0x04

Эта команда используется для чтения значений аналоговых входов AI.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
01 Идентификатор транзакции 01 Идентификатор транзакции
02 02
00 Идентификатор протокола 00 Идентификатор протокола
00 00
00 Длина сообщения 00 Длина сообщения
06 07
01 Адрес устройства 01 Адрес устройства
04 Функциональный код 04 Функциональный код
00 Адрес первого регистра Hi байт 04 Количество байт далее
00 Адрес первого регистра Lo байт 00 Значение регистра Hi (AI0)
00 Количество регистров Hi байт 0A Значение регистра Lo (AI0)
02 Количество регистров Lo байт 00 Значение регистра Hi (AI1)
64 Значение регистра Lo (AI1)

Состояния выхода AI0 показаны как значения байта 00 0A hex, или в десятичной системе 10.

Состояния выхода AI1 показаны как значения байта 00 64 hex, или в десятичной системе 100.

Модули с аналоговым вводом: ioLogik E1240, ET-7017-10, ADAM-6217

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus TCP на запись дискретного вывода? Команда 0x05

Эта команда используется для записи одного значения дискретного выхода DO.

Значение FF 00 hex устанавливает выход в состояние включен ON.

Значение 00 00 hex устанавливает выход в состояние выключен OFF.

Все остальные значения недопустимы и не будут влиять на состояние выхода.

Нормальный ответ на такой запрос - это эхо (повтор запроса в ответе), возвращается после того, как состояние DO было изменено.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
01 Идентификатор транзакции 01 Идентификатор транзакции
02 02
00 Идентификатор протокола 00 Идентификатор протокола
00 00
00 Длина сообщения 00 Длина сообщения
06 06
01 Адрес устройства 01 Адрес устройства
05 Функциональный код 05 Функциональный код
00 Адрес регистра Hi байт 00 Адрес регистра Hi байт
01 Адрес регистра Lo байт 01 Адрес регистра Lo байт
FF Значение Hi байт FF Значение Hi байт
00 Значение Lo байт 00 Значение Lo байт

Состояние выхода DO1 поменялось с выключен OFF на включен ON.

Модули с дискретным выводом: ioLogik E1211, ET-7060, ADAM-6060

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus TCP на запись аналогового вывода? Команда 0x06

Эта команда используется для записи одного значения аналогового выхода AO.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
01 Идентификатор транзакции 01 Идентификатор транзакции
02 02
00 Идентификатор протокола 00 Идентификатор протокола
00 00
00 Длина сообщения 00 Длина сообщения
06 06
01 Адрес устройства 01 Адрес устройства
06 Функциональный код 06 Функциональный код
00 Адрес регистра Hi байт 00 Адрес регистра Hi байт
01 Адрес регистра Lo байт 01 Адрес регистра Lo байт
55 Значение Hi байт 55 Значение Hi байт
FF Значение Lo байт FF Значение Lo байт

Состояние выхода AO0 поменялось на 55 FF hex, или в десятичной системе 22015.

Модули с аналоговым выводом: ioLogik E1241, ET-7028, ADAM-6224

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus TCP на запись нескольких дискретных выводов? Команда 0x0F

Эта команда используется для записи нескольких значений дискретного выхода DO.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
01 Идентификатор транзакции 01 Идентификатор транзакции
02 02
00 Идентификатор протокола 00 Идентификатор протокола
00 00
00 Длина сообщения 00 Длина сообщения
08 06
01 Адрес устройства 01 Адрес устройства
0F Функциональный код 0F Функциональный код
00 Адрес первого регистра Hi байт 00 Адрес первого регистра Hi байт
00 Адрес первого регистра Lo байт 00 Адрес первого регистра Lo байт
00 Количество регистров Hi байт 00 Кол-во записанных рег. Hi байт
02 Количество регистров Lo байт 02 Кол-во записанных рег. Lo байт
01 Количество байт далее
02 Значение байт

Состояние выхода DO1 поменялось с выключен OFF на включен ON.

Состояние выхода DO0 осталось выключен OFF.

Модули с дискретным выводом: ioLogik E1211, ET-7060, ADAM-6060

Наверх к оглавлению

Как послать команду Modbus TCP на запись нескольких аналоговых выводов? Команда 0x10

Эта команда используется для записи нескольких значений аналогового выхода AO.

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
01 Идентификатор транзакции 01 Идентификатор транзакции
02 02
00 Идентификатор протокола 00 Идентификатор протокола
00 00
00 Длина сообщения 00 Длина сообщения
0B 06
01 Адрес устройства 01 Адрес устройства
10 Функциональный код 10 Функциональный код
00 Адрес первого регистра Hi байт 00 Адрес первого регистра Hi байт
00 Адрес первого регистра Lo байт 00 Адрес первого регистра Lo байт
00 Количество регистров Hi байт 00 Кол-во записанных рег. Hi байт
02 Количество регистров Lo байт 02 Кол-во записанных рег. Lo байт
04 Количество байт далее
00 Значение Hi AO0 байт
0A Значение Lo AO0 байт
01 Значение Hi AO1 байт
02 Значение Lo AO1 байт

Состояние выхода AO0 поменялось на 00 0A hex, или в десятичной системе 10.

Состояние выхода AO1 поменялось на 01 02 hex, или в десятичной системе 258.

Модули с аналоговым выводом: ioLogik E1241, ET-7028, ADAM-6224

Наверх к оглавлению

Ошибки запроса Modbus TCP

Если после получения запроса устройство не может обработать его, то будет отослан ответ с кодом ошибки.

Ответ будет содержать измененный Функциональный код, его старший бит будет равен 1.

Пример:

Было Стало
Функциональный код в запросе Функциональный код ошибки в ответе
01 (01 hex) 0000 0001 129 (81 hex) 1000 0001
02 (02 hex) 0000 0010 130 (82 hex) 1000 0010
03 (03 hex) 0000 0011 131 (83 hex) 1000 0011
04 (04 hex) 0000 0100 132 (84 hex) 1000 0100
05 (05 hex) 0000 0101 133 (85 hex) 1000 0101
06 (06 hex) 0000 0110 134 (86 hex) 1000 0110
15 (0F hex) 0000 1111 143 (8F hex) 1000 1111
16 (10 hex) 0001 0000 144 (90 hex) 1001 0000

Пример запроса и ответ с ошибкой:

Байт Запрос Байт Ответ
(Hex) Название поля (Hex) Название поля
01 Идентификатор транзакции 01 Идентификатор транзакции
02 02
00 Идентификатор протокола 00 Идентификатор протокола
00 00
00 Длина сообщения 00 Длина сообщения
06 03
0A Адрес устройства 0A Адрес устройства
01 Функциональный код 81 Функциональный код с измененным битом
04 Адрес первого регистра Hi байт 02 Код ошибки
A1 Адрес первого регистра Lo байт
00 Количество регистров Hi байт
01 Количество регистров Lo байт

Расшифровка кодов ошибок

01 Принятый код функции не может быть обработан.
02 Адрес данных, указанный в запросе, недоступен.
03 Значение, содержащееся в поле данных запроса, является недопустимой величиной.
04 Невосстанавливаемая ошибка имела место, пока ведомое устройство пыталось выполнить затребованное действие.
05 Ведомое устройство приняло запрос и обрабатывает его, но это требует много времени. Этот ответ предохраняет ведущее устройство от генерации ошибки тайм-аута.
06 Ведомое устройство занято обработкой команды. Ведущее устройство должно повторить сообщение позже, когда ведомое освободится.
07 Ведомое устройство не может выполнить программную функцию, заданную в запросе. Этот код возвращается для не успешного программного запроса, использующего функции с номерами 13 или 14. Ведущее устройство должно запросить диагностическую информацию или информацию об ошибках от ведомого.
08 Ведомое устройство при чтении расширенной памяти обнаружило ошибку паритета. Ведущее устройство может повторить запрос, но обычно в таких случаях требуется ремонт.
10
(0A hex)
Шлюз неправильно настроен или перегружен запросами.
11
(0B hex)
Slave устройства нет в сети или от него нет ответа.

Наверх к оглавлению

Программы для работы с протоколом Modbus TCP

Ниже представлены программы, которые помогут легко взаимодействовать с устройствами Modbus TCP.

Modbus Master Tool с поддержкой Modbus RTU, ASCII, TCP. Скачать

Modbus TCP client с поддержкой Modbus TCP. Скачать

Предыдущая статья В чем отличия интерфейсов RS-232, RS-422 и RS-485?
Следующая статья Просто о Modbus RTU с подробным описанием и примерами