GB Z 19582.1-2004 基于Modbus协议的工业自动化网络规范 第1部分;Modbus应用协议.pdf
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1、-t. GB/Z 19582.1 2004 、,工业王rI王|于Modbus共ICS 25.040 N 10 2005-03-01实Modbus industrial automation network specification Part 1 ,Modbus application protocol 2004-09-21发布1立!Modbus 发布中华人民共和国国家质量监督检验检菇总局中国国家标准化管理委员会飞/由耐叫,苟jf-V飞二二GB/Z 19582.1-2004 目次前言II 范围. . . . 2 规范性引用文件. . . . . . . . . . . . . . . . .
2、. 1 3 缩略i吾. . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 背景概要25 总体描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5. 1 协议描述. . . . . . . . . . . . 3 5.2 数据编码. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5.3 Modbus数据模型. . . . . . . . . . . . . . 4 5.4 Modbus寻址模型. . .
3、. . 6 5.5 Modbus事务处理的定义. 6 功能码分类. . . . . . . 6. 1 公共功能码定义.8 7 功能码描述. . . . . . . . . . . . . . . . 9 7.1 ol(OxOl)读线圈.9 7.2 02凶幻读离散量输入. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 7.3 03(Ox03l读保持寄存器. . . . 12 7.4 04(Ox04l读输入寄存器. . . . 14 7.5 05(Ox05l写单个线圈. 15 7.6
4、06刘写单个寄存器. . . . . . . 16 7.7 07刘7)读异常状态(仅用于串行链路). 18 7.8 08(Ox08)诊断(仅用于串行链路). . . 19 7.9 11(0xOB)获得通信事件计数器(仅用于串行链路)., . . . . 23 7.10 12(OxOCl获得通信事件记录(仅用于串行链路). . . ., . . . . . . 24 7.11 lS(OxOF)写多个线圈27 7.12 16对写多个寄存器29 7.13 17x11)报告从站!D(仅用于串行链路). . .,. 30 7.14 20/6(Ox14/0x06)读文件记录. . . . . 31 7.1
5、5 21/6(Ox15/0xO的写文件记录. . 33 7.16 22(Ox16)屏蔽写寄存器. 36 7.17 23对门读/写多个寄存器. . .,. . . . . . . . 37 7.18 24(Ox18l读FIFO队列.40 7.19 43(Ox2B)封装接口传输.41 7.20 43月以扭/OxOE)读设备标识48 Modbus异常响应. ,. . . . . 47 附录A(资料性附录)参考文献. . . . . . .,. . . . 50 4 GB/Z 19582.1-2004 IlU 本指导性技术文件包括两个通信规程中使用的Modbus应用层协议和服务规范一一串行链路上的Mo
6、dbusModbus串行链路基于TIA!EIA标准,232F和485AoTCP/IP上的ModbusModbus TCP/IP基于IETF文件RFC793和RFC7910 串行链路和TCP/IP上的Modbus是根据相应ISO分层模型说明的两个通信规程。下图强调指出了本指导性技术文件的主要部分。深色方框表示规范,浅色方框表示己有的国际标准(TIA/EIA和IETF标准)。Modbus 应用lI!it细报Modbu.s她说在仔链黯i上的实现指南, TIAlEIA.232-F TIAiEIA-.485.A i 基于Modbus协议的工业自动化网络规范分为三部分。一一第1部分,Modbus应用协议十
7、第2部分,Modbus协议在串行链路上的实现指南第3部分,Modbus协议在TCP/IP上的实现指南帚TCPJIP I3 lETf. RFC 193 J IP I!,YF RF.C .791 严;全以虫;同物理层Modbust协议在TC?iIP土的实现指南第1部分描述了Modbus事务处理;第2部分提供了一个有助于开发者实现串行链路上的Modbus应用层的参考信息;第3部分提供了一个有助于开发者实现TCP/IP上的Modbus应用层的参考信息。本部分的附录A是资料性附录。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会归口。本部分起草单位:机械工业仪器仪表综合技术
8、经济研究所、北京交通大学现代通信研究所、上海自动化仪表股份有限公司、施耐德电气(中国)投资有限公司、冶金工业钢铁研究总院、宝钢集团上海宝信软件股份有限公司。本部分主要起草人欧阳劲松、孙昕、刘铁椎、冯晓升、王勇、张荣生、丛力群、段永康。I GB/Z 19582.1-2004 1 范固基于Modbus协议的工业自动化网络规范第1部分:Modbus应用协议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,见图1.从1979年开始,Modbus作为工业串行链路的事实标准,Modbus使成千上万的自动化设备能够通信。目前,对简单而精致的M
9、odbus结构的支持仍在增长。互联网用户能够使用TCP/IP钱上的保留系统端口502访问Modbus,Modbus是一个请求/应答协议,并且提供功能码规定的服务。Modbus功能码是Modbus请求/m答PDU的元素。本部分描述了Modbus事务处理框架内使用的功能码。Modbus是一种应用层报文传输协议,用于在通过不同类型的总线或网络连接的设备之间的客户机/服务器通信。目前,通过下列方式实现Modbus通信:-一以太网上的TCP/IP,各种介质(有线:EIA/TIA232F、EIA422、EIA/TIA485A,光纤、无线等等)上的异步串行传输cModbus PLUS,一种高速令牌传递网络。
10、Modbus应用层严A叫,fi,可,_,-,ii飞飞町吨呛F;jiiF 其他:.MODBUS唱皿C主站/且姑iMm低11/8023! 其他物理层气81A/TIA.232或.以武阿叫J h J Jmm品485:li 物理层.图1Modbus通信核2 规范性引用文件下列文件中的条款通过GB/Z19582本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分,然而,鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本部分。GB/T 15969 可编程序控制器RFC 791 , Inter
11、net Protocol ,Sep81 DARPA 警参考文献【lJ,1 一一GB/Z 19582.1-2004 3 缩略i喜ADU(Application Data Unit) HDLC(High Level Data link control) HMI(Human Manchine Interface) IETF(lnternet Engineering Task Force) I/O(lnput/Output) IPOnternet Protocol) LSB(Least Significant Bit) MAC(Medium Access Control) MB(Modbus Prot
12、ocol) MBAP(MODBUS Application Protocol) 扎1EI(MODBUS Encapslated Interface) MSB(Most Significant Bit) PDU(Protocol Data Unit) PLC(Programmable Logic Controller) RFC(Request For Comment) TCP(Transport Control Protocol) 4 背景概要应用数据单元高级数据链路控制人机界面互联网工程工作组输入/输出互联网协议最低有效位介质访问控制Modbus协议Modbus应用协议Modbus封装接口最高
13、有效位协议数据单元可编程逻辑控制器请求评注传输控制协议Modbus协议可以方便地在各种网络体系结构内进行通信,见图2,基于MB+的Modbus?LC I PlC HMJ HM1 基于RS232的Modbus世岳图2Modbus网络体系结构的实例I1.C巳P!.C世岳每种设备(PLC、HMI、控制面板、变频器、运动控制、1/0设备)都能使用Modbus协议来启动远程操作。同样的通信能够在基于串行链路和以太网TCP/IP网络上进行。网关能够实现在各种使用Modbus协议的总线或网络之间的通信。GB/Z 19582.1-2004 5 总体描述5. 1 协议描述Modbus协议定义了一个与基础通信层无
14、关的简单协议数据单元(PDU)。特定总线或网络上的Modbus协议映射能够在应用数据单元(ADU)上引人一些附加域,见图3。附加地址厄五!i!l.-. . !数据二lC豆EPDL 图3通用Modbus帧启动Modbus事务处理的客户机创建Modbus应用数据单元。功能码向服务器指示将执行哪种操作。Modbus协议建立了客户机启动的请求格式。用一个字节编码Modbus数据单元的功能码域。有效的码字范围是十进制1-255028-255为异常响应保留)。当从客户机向服务器设备发送报文时,功能码域通知服务器执行哪种操作.向一些功能码加人子功能码来定义多项操作。从客户机向服务器设备发送的报文数据域包括附
15、加信息,服务器使用这个信息执行功能码定义的操作。这个域还包括离散量和寄存器地址、处理的项目数量以及域中的实际数据字节数。在某种请求中,数据域可以是不存在的(0长度),在此情况下服务器不需要任何附加信息。功能码仅说明操作。如果在一个正确接收的ModbusADU中,不出现与所请求的Modbus功能有关的差错,那么服务器至客户机的响应数据域包括所请求的数据。如果出现与所请求的Modbus功能有关的差错,那么该域包括一个异常码,服务器应用能够使用这个域确定下一个执行的操作。例如,客户机能够读-组离散量输出或输入的开/关状态,或者客户机能够读/写一组寄存器的数据内容。当服务器对客户机响应时,它使用功能码
16、域来指示正常(元差错响应(见图4)或者出现某种差错(称为异常响应),见图5。对于个正常响应来说,服务器仅复制原始功能码。一一一客户机服务器| 启动些主 功能码| 盘据请求i i 功能码1 盘据响阳i 主旦旦旦图4Modbus事务处理(无差错)执行操作启动响应对于异常响应,服务器将原始功能码的最高有效位设置逻辑1后返回。3 GB/Z 19582.1一2004客户机启动请求功能码量据请求接收响应服务器在操作中植测量错启功量错E王瑞i4.r,可再71图5Modbus事务处理(异常晌应)注:需要超时管理,以避免元限期地等待可能不会出现的应答。Modbus最初在串行链路上的实现(最大RS485 ADU=
17、256字节)限制了ModbusPDU的长度。因此,对串行链路通信来说.Modbus PDU = 256一服务器地址(1字节)一CRC(2字节)= 253 字节。从而gRS 232/RS 485 ADU=253字节+服务器地址。字节)十CRC(2字节)=256字节。TCP Modbus ADU=253字节十MBAP(7字节)=260字节。Modbus协议定义了三种PDU。它们是-Modbus请求PDU.mb_req_pdu; Modbus响应PDU.mb_rsp_pdu ; Modbus异常响应PDU.mb_excep_rsp_pduo 定义mb_req_pdu为zmb_req_pclu= fu
18、nction_code , request_data ,其中function_code; 1字节Modbus功能码。request_data; n字节.这个域与功能码有关,并且通常包括诸如参考变量、变量计数、数据偏移量、子功能码等信息。定义mb_rsp_pdu为2mb_rsp_pdu = function_code, response_data ,其中function_code; 1字节】Modbus功能码。response_data: n字节,这个域与功能码有关,并且通常包括诸如参考变量、变量汁数、数据偏移量、子功能码等信息。定义mb_excep_rsp_pdu为2mb_excep_rsp_
19、pdu= function_code , request_data ,其中function_code; 1字节JModbus功能码十Ox80oexception_code: 1字节.在第7章中定义了Modbus异常码。5.2 数据编码Modbus使用最高有效字节在低地址存储的方式表示地址和数据项。这意味着当发送多个字节时,首先发送最高有效字节。例如寄存器大小值16位Ox1234注2更详细的信息参见IJ.5.3 Modbus数据模型发送的第一字节为Ox12 然后Ox34Modbus的数据模型是以一组具有不同特征的表为基础建立的。4个基本表见表1; 4 一一一一一一一GB/Z 19582.1-20
20、04 表1基本表对象类型访问类型注释同散量输入单个位只读1/0系统可提供这种类型数据线圈单个位读写通过应用程序可改变这种类型数据输入寄存器16位字只读1/0系统可提供这种类型数据保持寄存器16位字读写通过应用程序可改变这种类型数据输入与输出之间以及位寻址的和字寻址的数据项之间的区别并不意味着应用特性的差别。如果所有4个表相互覆盖是对该目标机器最自然的解释,也是完全可接受的,而且很普遍。对于每个基本表,协议都允许单个地选择65536个数据项,而且其读写操作被设计为可以越过多个连续数据项直到数据大小规格限制,这个数据大小规格限制与事务处理功能码有关。很显然,必须将Modbus处理的所有数据(位,寄
21、存器)放置在设备应用存储器中。但是,存储器的物理地址不应该与寄存器编号混溃。仅要求将寄存器编号与物理地址链接。Modbus功能码中使用的Modbus寄存器逻辑编号是以0开始的元符号整数索引。Modbus模型实现的实例下列实例表示了两种在设备中组织数据的方法。有多种组织数据的方法,在本部分中没有被全部描述。每个设备根据其应用都有它自己的组织数据的方法。实伊tl1,有4个独立块的设备图6表示了含有数字量和模拟量、输入量和输出量的设备中的数据组织。由于不同块中的数据不相关,每个块是相互独立的。可通过不同Modbus功能码访问每个块。世岳应用存储器Modbus由问输入离散量一主主-k坐坐y 保持寄存器
22、Modbu5服务器世备图6带有独立块的Modbus数据模型实例2,仅有1个块的设备图7实例中,设备仅有1个数据块。通过几个Modbus功能码能够得到相同数据,既可通过16位访问也可通过1位访问。5 G/Z 19582.1-2004 5.4 世备应用在储器Modbus由问输入南散量主线罔输寄存器但持寄存器Modbus服务量世晶图7仅带有1个块的Modbus鼓据模型Modbus寻址模型Modbus应用协议精确地定义了PDU寻址规则。在MUDBUSPDU中,从O65535寻址每个数据。Modbus应用协议还明确地定义了由4个块构成的Modbus数据协议,每个块由几个编号为ln的元素构成。5.5 6
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