简思PLC 之 MODBUS RTU通信讲解
简思PLC使用的是MODBUS-RTU通讯协议，MODBUS协议详细定义了校验码、数据序列等，这些都是特定数据交换的必要内容。MODBUS协议在一根通讯线上 使用主从应答式连接（半双工），这意味着在一根单独的通讯线上信号沿着相反的两个方向传输。首先，主计算机的信号寻址到一台唯一的终端设备（从机），然后，终端设备发出的应答信号以相反的方向传输给主机。MODBUS协议只允许在主机（PC，PLC等）和终端设备之间通讯，而不允许独立的终端设备之间的数据交换，这样各终端设备不会在它们初始化时占据通讯线路，而仅限于响应到达本机的查询信号。
1.MODBUS功能码简述
下表列出MODBUS支持的部分功能代码：以十进制表示。
表1.1 MODBUS部分功能码
1.1功能码说明
功能码可以分为位操作和字操作两类。位操作的最小单位为BIT，字操作的最小单位为两个字节。
【位操作指令】 读线圈状态01H，读(离散)输入状态02H，写单个线圈06H和写多个线圈0FH。
【字操作指令】 读保持寄存器03H，写单个寄存器06H，写多个保持寄存器10H。
1.2寄存器地址分配
表1.2 MODBUS寄存器地址分配
1.3寄存器种类说明
表1.3 MODBUS寄存器种类说明
1.4 PLC地址和协议地址区别
PLC地址可以理解为协议地址的变种，在触摸屏和PLC编程中应用较为广泛。
1.4.1 寄存器PLC地址
寄存器PLC地址指存放于控制器中的地址，这些控制器可以是PLC，也可以使触摸屏，或是文本显示器。
1.4.2 寄存器协议地址
寄存器协议地址指指通信时使用的寄存器地址，例如PLC地址4x2001对应寻址地址G1，4x2002对应寻址地址G2，寄存器寻址地址使用10进制描述。再如，PLC寄存器地址3x5000对应协议地址Ai1，PLC寄存器地址4x5000对应协议地址Ao1，虽然两个PLC寄存器寄存器通信时使用相同的地址，但是需要使用不同的命令访问，所以访问时不存在冲突。
2、协议、字节格式说明
协议采用MODBUS 协议，RTU 模式,默认参数如下。
波特率: 19200
数据位: 8
校验位: Even(偶校验）
停止位 : 1
3、MODBUS 协议简单说明
1. 帧基本格式 主机请求命令
从机回应命令
从机回应的地址和功能码和主机请求命令相同，数据长度和主机的数据长度相同，数据 内容字节数和数据长度有关，字节数 n=数据长度 L*2
4、具体指令说明:
4.1读离散输入状态 (适用于1x开头的位状态)
<02 Read Discrete Inputs(1x)>
如主机读取PLC输入端X2端口的状态
Modbus RTU 主机发送
PLC返回
例:
a 读取PLC输入端X2端口的状态
主机发送 01 02 00 02 00 01 18 0A
如果X2是断状态，则返回数据 01 02 01 00 A1 88
如果X2是通状态，则返回数据 01 02 01 01 60 48
b 读取PLC输入端X2->X6端口的状态
主机发送 01 02 00 02 00 05 19 C9
如果是全断状态，则返回数据 01 02 01 00 A1 88
如果X2,X3是通状态，则返回数据 01 02 01 03 E1 89 ,0x03的二进制码为0000 0011,则表示从起始地址两位X2,X3是通的。
4.2 读线圈状态 (适用于0x开头的位状态)
<01 Read Coils(0x)>
如主机读取PLC输出端Y2端口的状态
Modbus RTU 主机发送
PLC返回
例:
a.读取PLC输出端Y2端口的状态
主机发送 01 01 00 02 00 01 5C 0A
如果Y2是断状态，则返回数据 01 01 01 00 51 88
如果Y2是通状态，则返回数据 01 01 01 01 90 48
b读取PLC输出端Y2-Y11端口的状态
主机发送 01 01 00 02 00 0A 1D CD
如果Y2是通状态，则返回数据 01 01 02 01 00 B8 6C
注意: 如果用Modbus Poll读取多个位状态，则地址位需要是8的整数倍，如读M1060-M1065的状态，则起始地址为0x1056起读16个
4.3 读保持寄存器 (适用于4x开头的寄存器)
<03 Read Holding Registers(4x)>
如主机读取PLC通用寄存器G1的值
Modbus RTU 主机发送
G1地址2001,转16进制是0x07D1
主机发送 01 03 07 D1 00 02 95 46
如:返回数据 01 03 04 00 64 00 C8 BA 7A
G1的值是0x0064,转10进制值100
G2的值是0x00C8,转10进制值200
4.4 读输入寄存器 (适用于3x开头的寄存器)
<04 Read Input Registers(3x)>
如主机读取PLC中时序环0的当前帧
Modbus RTU 主机发送
0环的当前帧地址是3x2
主机发送 01 04 00 02 00 01 90 0A
如:返回数据 01 04 02 00 01 78 F0
当前帧为第1帧
如:返回数据 01 04 02 00 03 F9 31
当前帧为第3帧
4.5 写单个线圈 (适用于0x开头的位状态)
<05 Write Single Coil(0x)>
如主机发送指令控制Y4通断 (Y4的地址是0x04)
如触发Y4通
主机发送: 01 05 00 04 FF 00 CD FB
返回数据 01 05 00 04 FF 00 CD FB
如触发Y4断
主机发送: 01 05 00 04 00 00 8C DB
返回数据 01 05 00 04 00 00 8C DB
4.6 写单个保持寄存器 (适用于4x开头的寄存器)
<06 Write Single Register(4x)>
如主机发送指令修改G1的值 (G1的地址是4x2001)
如修改G1的值为10
主机发送: 01 06 07 D1 00 0A 58 80
返回数据 01 06 07 D1 00 0A 58 80
如修改G1的值为500
主机发送: 01 06 07 D1 01 F4 D8 90
返回数据 01 06 07 D1 01 F4 D8 90
4.6 写多个线圈 (适用于0x开头的位状态)
<15 Write Multiple Coils(0x)>
如主机发送指令控制M10-M14通断 (M10的地址是0x1010)
如触发M10断，M11通，M12通,M13断，M14断,则发送的二进制码为00110
主机发送: 01 0F 03 F2 00 05 01 06 D6 B2
03 F2 是地址 1010的16进制数。
00 05 是位数据个数。
01 数据占用字节数
06 需要控制的状态 00110
返回数据 01 0F 03 F2 00 05 34 7F
4.7 写多个保持寄存器 (适用于4x开头的寄存器)
<16 Write Multiple Registers(4x)>
如主机发送指令修改G0-G2的值 (G1的地址是4x2000)
如修改G0=4，G1=5，G2=6
主机发送: 01 10 07 D0 00 03 06 00 04 00 05 00 06 99 9E
07 D0 是G0地址 2000的16进制数。
00 03 是需要修改的数据个数。
06 数据占用字节数
00 04 第一个数值
00 05 第二个数值
00 06 第三个数值
99 9E CRC校验
返回数据 01 10 07 D0 00 03 80 85
5 CRC检测
CRC添加到命令中时，低字节先加入，然后高字节。
CRC简单函数如下：
unsigned short CRC16(puchMsg, usDataLen)
unsigned char *puchMsg ; /* 要进行CRC校验的消息 */
unsigned short usDataLen ; /* 消息中字节数 */
{
unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; /* 高CRC字节初始化 */
unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; /* 低CRC 字节初始化 */
unsigned uIndex ; /* CRC循环中的索引 */
while (usDataLen--) /* 传输消息缓冲区 */
{
uIndex = uchCRCHi ^ *puchMsgg++ ; /* 计算CRC */
uchCRCHi = uchCRCLo ^ auchCRCHi[uIndex] ;
uchCRCLo = auchCRCLo[uIndex] ;
}
return (uchCRCHi << 8 | uchCRCLo) ;
}
/* CRC 高位字节值表 */
static unsigned char auchCRCHi[] = {
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40
} ;
/* CRC低位字节值表*/
static char auchCRCLo[] = {
0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06,
0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD,
0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09,
0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A,
0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4,
0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,
0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3,
0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4,
0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A,
0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29,
0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED,
0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,
0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60,
0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67,
0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F,
0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68,
0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E,
0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,
0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71,
0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92,
0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C,
0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B,
0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B,
0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,
0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42,
0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40
} ;
