Modbus协议及基于Python的ModbusTCP客户端实现 |
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Modbus 协议是由 Modicon 公司（现在的施耐德电气 Schneider Electric ）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而推出，主要建立在物理串口、以太网 TCP/IP 层之上，目前已经成为工业领域通信协议的业界标准，广泛应用在工业电子设备之间的互联。 Modbus技术文档 1 网络模型Modbus 是OSI模型第 7 层上的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。 Modbus 是一个请求/应答协议，并且提供功能码规定的服务。 2 Modbus 协议描述Modbus 主要有 4 种通信模式： Modbus 协议类型描述RTU 模式（串口）二进制表示数据，采用循环冗余校验的校验和ASCII 模式（串口）采用人类可读的、冗长的表示输入，采用纵向冗余校验的校验和TCP 模式（网口）基于TCP通信，与Modbus RTU相似，取消循环冗余校验的校验和UDP 模式（网口）基于UDP通信，与Modbus RTU相似，取消循环冗余校验的校验和协议格式： Modbus 协议类型协议格式Modbus RTU[地址码] [功能码] [数据] [CRC校验码]Modbus ASCII[起始冒号] [地址码] [功能码] [数据] [LRC校验码] [回车换行]Modbus TCP[事务处理标识] [协议标识] [长度] [单元标识符] [功能码] [数据]Modbus UDP[事务处理标识] [协议标识] [长度] [单元标识符] [功能码] [数据]Modbus 协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDU）。 PDU = [功能码] [数据] ，功能码为1字节，数据长度不定，由具体功能决定。 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。 modbus-RTU （Remote Terminal Unit 远程终端单元）是数据在串口RS485等链路上传输的。 modbus-TCP 是使用以太网TCP网络进行通信的，使用502端口，客户端和服务端模式。 Modbus-RTU 数据格式modbus-RTU 数据包格式=PDU+CRC 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。 CRC为校验码，为2个字节。 Modbus-TCP 数据格式modbus-TCP 数据帧格式=MBAP+PDU MBAP为报文头，长度为7字节，由事务处理标识+协议标识符+长度+单元标识符组成： 示例内容长度描述事务处理标识00 002字节可以理解为报文的序列号，一般每次通信之后就要加1协议标识符00 002字节00 00表示ModbusTCP协议长度00 062字节表示接下来的数据长度，单位为字节单元标识符011字节串行链路或其它总线上连接的远程从站的识别码 3 数据模型Modbus 协议中一个重要的概念是寄存器，所有的数据均存放于寄存器中。最初Modbus协议借鉴了PLC中寄存器的含义，但是随着Modbus协议的广泛应用，寄存器的概念进一步泛化，不再是指具体的物理寄存器，也可能是一块内存区域。Modbus寄存器根据存放的数据类型以及各自读写特性，将寄存器分为4个部分，这4个部分可以连续也可以不连续，由开发者决定。 寄存器种类数据类型访问类型功能码含义线圈状态（Coil Status）位读写0x01 0x05 0x0FPLC的输出位，开关量0x离散输入状态（Input Status）位只读0x02PLC的输入位，开关量1x输入寄存器（Input Register）字只读0x04PLC中只能从模拟量输入端改变的寄存器4x保持寄存器（Holding Register）字读写0x03 0x06 0x10PLC中用于输出模拟量信号的寄存器3x 4 功能码Modbus 功能码分三类：公共功能码、用户定义功能码、保留功能码。 Modbus 的常用公共功能码有： 功能码名称英文名位操作/字操作操作数量0x01读线圈状态READ COIL STATUS位操作单个或多个0x02读离散输入状态READ INPUT STATUS位操作单个或多个0x03读保持寄存器READ HOLDING REGISTER字操作单个或多个0x04读输入寄存器READ INPUT REGISTER字操作单个或多个0x05写单个线圈状态WRITE SINGLE COIL位操作单个0x06写单个保持寄存器WRITE SINGLE REGISTER字操作单个0x0F写多个线圈WRITE MULTIPLE COIL位操作多个0x10写多个保持寄存器WRITE MULTIPLE REGISTER字操作多个 字节序及数据类型字节序分类： 存储模式data_fromat前缀说明大端模式>数据的高字节保存在寄存器的低地址中，数据的低字节保存在寄存器的高地址中小端模式f 中的 > 表示大端模式，f表示1个float，共有4个字节，占用2个寄存器。>dd 中的 > 表示大端模式，dd表示两个double，共有16个字节，占用8个寄存器。 5 Python示例Java 的 modbus4j、Python 的 modbus_tk 等第三方库对 modbus 做了很好的封装，开发者通常不需要关注请求、响应、错误的报文解析，第三方库已经根据功能码、数据类型、数据数量等对报文进行了解析。 下面是 Python3 的 modbus 使用示例： import modbus_tk.modbus_tcp as mt import modbus_tk.defines as cst if __name__ == '__main__': master = mt.TcpMaster('127.0.0.1', 502) master.set_timeout(5) # 参数说明 # slave: Modbus从站地址. from 1 to 247. 0为广播所有的slave # function_code：功能码 # starting_address：寄存器起始地址 # quantity_of_x：寄存器读写的数量，写寄存器时数量可为 0，读寄存器时数量至少为 1; 一个寄存器=2字节, 1字节=8位 # output_value：输出内容，读操作无效，写操作是一个整数或可迭代的list值：1 / [1,1,1,0,0,1] / xrange(12) # data_format：对数据进行格式化 >表示大端模式, |
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