基于串口的Modbus软件开发

基于串口的Modbus软件开发

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－八股－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
一、开发背景：
1、保密
2、GAT垃圾项目的DCS要通过Modbus与PLC进行通讯，我们的DCS仅进行过简单的测试。要连鬼子的炉排PLC，还需进行更正式的测试，秦 SUN为了体现ABB的软件水平，特决定自己写一个ABoBo公司的MB测试软件。
3、秦PHD要毕业，以后的毕业设计里也许能用上这个东东。
二、开发意义：
1、地球上又多了，一个MB测试的软件，本人决定部分开源（不能挤公司的饭碗）
2、捡回丢掉的尊严
3、保密
4、写完就能回家了！！
三、国际国内最新动态
1、已经有好多个测试软件了，但是没有开源。如modbusscan 7.0(ModScan32.exe),Modbus Poll version, 4.3.1, Modbustester.exe,ModLink，ModbusSimulator
2、协议比较老了，但是很管用。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－八股－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N步走－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
第一步：图书馆借N本VC串口编程的书
第二步：上网下N个源代码
第三步：上网下个虚拟串口的程序。（http://www.sudt.com/cn/sn/download.htm）
第四步：学习Modbus协议
主从方式，主站初始化传输。从站根据主设备查询提供的数据作出反应。
主站查询格式：站（或广播）地址、功能代码、要发送的数据、错误检测域。
从站回应格式：确认要行动的域、返回的数据、错误检测域。如果在消息接收过程中发生错误，或从站不能执行其命令，从站将建立错误消息并把它作为回应发送出去。
从站地址是0...247，0为广播地址


1. ASCII模式
： 地址 功能代码 数据数量 数据1 ... 数据n LRC高字节 LRC 低字节 回车 换行
　代码系统：
十六进制，ASCII字符0...9，A...F
消息中的每个ASCII字符都是一个十六进制字符组成
每个字节的位：
1个起始位
7个数据位，最小的有效位先发送
1个奇偶校验位，无校验则无
1个停止位（有校验时），2个Bit（无校验时）
错误检测域
LRC(纵向冗长检测)
　使用ASCII模式，消息以冒号（:）字符（ASCII码 3AH）开始，以回车换行符结束（ASCII码 0DH,0AH）。
　其它域可以使用的传输字符是十六进制的0...9,A...F。网络上的设备不断侦测“:”字符，当有一个冒号接收到时，每个设备都解码下个域（地址域）来判断是否发给自己的。
　消息中字符间发送的时间间隔最长不能超过1秒，否则接收的设备将认为传输错误。


2. RTU模式
地址 功能代码 数据数量 数据1 ... 数据n CRC低字节 CRC高字节  
代码系统：
8位二进制，十六进制数0...9，A...F
消息中的每个8位域都是一个两个十六进制字符组成
每个字节的位：
1个起始位
8个数据位，最小的有效位先发送
1个奇偶校验位，无校验则无
1个停止位（有校验时），2个Bit（无校验时）
错误检测域
CRC(循环冗长检测)



深入理解ModBus功能码
Modbus主要功能码

功能码 名称 注释
01 Read Coil Status (线圈状态0x)(读PLC的开出状态)  bit 读位 ,与5对应, 可读可写DO
02 Read Input Status (输入状态1x) (读PLC的开入状态)  bit 读位,只读DI
03 Read Holding Register (保持寄存器4x　HR) (读模出状态) 读整形、状态字、浮点型、字符型，与16对应
04 Read Input Register (输入寄存器3x　AR) (读PLC模入状态)　 读整形、状态字、浮点型　只读AI
05 Write Single Coil (强制单路开出，给PLC写数据)  写单个位  可读可写DO
06 Write Single Register (强制单路模出，给PLC写数据)  写单个整形、状态字、浮点型、字符型,写HR4x的地址区
15 Write Multiple Coil (强制多路开出，给PLC写数据)  写多个位
16（0x10H） Write Multiple Register (强制多路模出，给PLC写数据) 写多个整形、状态字、浮点型、字符型

15和16可能是用于一次写一串数据的，不允许单个写。如时间的世纪、年、月、日、时、分、秒要一次写下去


设备和Modbus 地址范围对应表
设备地址 Modbus地址 描述 功能 R/W
1...10000* address - 1 Coils (outputs) 0 Read/Write
10001...20000* address - 10001 Discrete Inputs 01 Read
40001...50000* address - 40001 Holding Registers 03 Read/Write
30001...40000* address - 30001 Input Registers 04 Read
*最大值与设备相关
注：设备地址是从1开始的，所以Modbus写入地址要在设备地址上减1。


协议格式
功能码：01　(线圈状态0x)(读开出状态)
  例：从4站读10…22（Coil 11…23）,从A开始，共D（13）个数据
从站地址 功能码 H　地址 L　地址 H Coils L Coils CRC
04 01 00 0A 00 0D DD 98

主站

从站地址 功能码 字节数 Coils 7..10 Coils 27..20 CRC
04 01 02 0A 11 50 B3
从站


功能码：02　(输入状态1x) (读开入状态)
  例：从4站读10…22（Input 10011…10023）,从A开始，共D（13）个数据
从站地址 功能码 H　地址 L　地址 H Input L Input CRC
04 02 00 0A 00 0D 99 98

主站

从站地址 功能码 字节数 Input 7..10 Input 27..20 CRC
04 02 02 0A 11 14 B3
从站


功能码：03　(保持寄存器4x　HR) (读模出状态)
  例：从1站读0…1（寄存器 40001…40002）,共2个数据
从站地址 功能码 H　地址 L　地址 H　数据 L　数据 CRC
01 03 00 00 00 02 C4 0B

主站

从站地址 功能码 字节数 H数据 L数据 H数据 L数据 CRC
01 03 04 00 06 00 05 DA 31
从站


功能码：04　(输入寄存器3x　AR) (读模入状态)　
  例：从1站读0…1（寄存器 30001…30002）,共2个数据
从站地址 功能码 H　地址 L　地址 H　数据 L　数据 CRC
01 04 00 00 00 02 71 CB

主站

从站地址 功能码 字节数 H数据 L数据 H数据 L数据 CRC
01 04 04 00 06 00 05 DB 86
从站


功能码：05　强制单路开出，给PLC写数据
  例：给17站173单线圈写ON
从站地址 功能码 H　地址 L　地址 H　数据 L　数据 CRC
11 05 00 AC FF 00 4E 8B

主站

注：写0xFF00表示ON，写0x0000表示OFF
从站地址 功能码 H　地址 L　地址 H数据 L数据 CRC
11 05 00 AC FF 00 4E 8B
从站

注：返回帧与主站相同
功能码：06　强制单路模出，给PLC写数据
  例：给17站40002变量写0x00 03H。帧的地址是0x0001H
从站地址 功能码 H　地址 L　地址 H　数据 L　数据 CRC
11 06 00 01 00 03 9A 9B

主站

从站地址 功能码 H　地址 L　地址 H数据 L数据 CRC
11 06 00 01 00 03 9A 9B
从站

注：返回帧与主站相同

功能码：15　强制多路开出，给PLC写数据
  例：给17站从20号线圈开始的10个单线圈写ON，MB地址：20-1=19=0x13H
数据：
帧中位 1　　　 1　　 0　 0　 1　 1　 0　 1　 0 0 0 0 0 0 0 1
位置 7 6 5 4 3 2 1 0 15 14 13 12 11 10 9 8
本例位置
起始位为20 27 26 25 24 23 22 21 20 - - - - - - 29 28


从站地址 功能码 H　地址 L　地址 H线圈数量 L线圈数量 字节数 H数据 L数据 CRC
11 0F 00 13 00 0A 02 CD 01 BF 0B

主站

从站地址 功能码 H　地址 L　地址 H线圈数量 L线圈数量 CRC
11 05 00 13 00 0A 4E 8B
从站

注：变量写的从站反馈没有数据

功能码：16　强制多路模出到保持寄存器，给PLC写数据
每个寄存器的数据为2个字节。  
例：给17站从40002HR开始的2个寄存器，数据为000A和0102，MB地址：40002-1=40001=MB1

从站地址 功能码 H地址 L地址 H模入数量 L模入数量 字节数 H
数据1 L
数据1 H
数据2 L
数据2 CRC
11 10 00 01 00 02 04 00 0A 01 02 C6 F0

主站

从站地址 功能码 H　地址 L　地址 H线圈数量 L线圈数量 CRC
11 10 00 01 00 02 12 98
从站

注：变量写的从站反馈没有数据
秦批：Modbus的从站反馈数据没有数据帧的编号（不像TCP协议那样），所以不会显示这个反馈数据是主站的哪次请求的。若主站一次发送N个数据，从站而没有及时反馈，这样就乱了，主站就不知道从站发过来的数据是哪次命令的。
单变量与多变量：读可以读单读多，命令不分读几个。但是写要区分写一个还是写多个，所以写命令有写单线圈和写多线圈。
Modbus所有功能码
功能码 名称 作用
01 读取线圈状态 取得一组逻辑线圈的当前状态（ON/OFF)
02 读取输入状态 取得一组开关输入的当前状态（ON/OFF)
03 读取保持寄存器 在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值
04 读取输入寄存器 在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制值
05 强置单线圈 强置一个逻辑线圈的通断状态
06 预置单寄存器 把具体二进值装入一个保持寄存器
07 读取异常状态 取得8个内部线圈的通断状态，这8个线圈的地址由控制器决定，用户逻辑可以将这些线圈定义，以说明从机状态，短报文适宜于迅速读取状态
08 回送诊断校验 把诊断校验报文送从机，以对通信处理进行评鉴
09 编程（只用于484） 使主机模拟编程器作用，修改PC从机逻辑
10 控询（只用于484） 可使主机与一台正在执行长程序任务从机通信，探询该从机是否已完成其操作任务，仅在含有功能码9的报文发送后，本功能码才发送
11 读取事件计数 可使主机发出单询问，并随即判定操作是否成功，尤其是该命令或其他应答产生通信错误时
12 读取通信事件记录 可是主机检索每台从机的ModBus事务处理通信事件记录。如果某项事务处理完成，记录会给出有关错误
13 编程（184/384 484 584） 可使主机模拟编程器功能修改PC从机逻辑
14 探询（184/384 484 584） 可使主机与正在执行任务的从机通信，定期控询该从机是否已完成其程序操作，仅在含有功能13的报文发送后，本功能码才得发送
15 强置多线圈 强置一串连续逻辑线圈的通断
16 预置多寄存器 把具体的二进制值装入一串连续的保持寄存器
17 报告从机标识 可使主机判断编址从机的类型及该从机运行指示灯的状态
18 （884和MICRO 84） 可使主机模拟编程功能，修改PC状态逻辑
19 重置通信链路 发生非可修改错误后，是从机复位于已知状态，可重置顺序字节
20 读取通用参数（584L） 显示扩展存储器文件中的数据信息
21 写入通用参数（584L） 把通用参数写入扩展存储文件，或修改之
22～64 保留作扩展功能备用
65～72 保留以备用户功能所用 留作用户功能的扩展编码
73～119 非法功能
120～127 保留 留作内部作用
128～255 保留 用于异常应答

ModBus功能码与数据类型对应表
代码 功能 数据类型
01 读 位
02 读 位
03 读 整型、字符型、状态字、浮点型
04 读 整型、状态字、浮点型
05 写 位
06 写 整型、字符型、状态字、浮点型
08 N/A 重复“回路反馈”信息
15 写 位
16 写 整型、字符型、状态字、浮点型
17 读 字符型
Modbus变量地址
映射地址 功能 地址类型 存取方式 描述
0xxxx 01,05,15 Coil 读写
1xxxx 02 离散输入 只读
2xxxx 03,04,06,16 浮点寄存器 读写 两个连续16位寄存器表示一个浮点数（ieee754 格式32位）
3xxxx 04 输入寄存器 只读 每个寄存器表示一个16位无符号整数（0～65535）同上
4xxxx 03,06,16 保持寄存器 读写
5xxxx 03,04,06,16 ascii字符 读写 每个寄存器表示两个ascii字符

FAQ0：ABB组态软件有功能块读线圈-1，读线圈-8，读寄存器-1，读寄存器-8的原因是什么？
因为Modbus功能码的读操作可以指定数据长度。如果从站的地址连续，则可以用一次读八个变量的操作。如果不连续，可以一次读一个。读八个的效率要高一些。
FAQ1　:MB地址的问题：MB经常用30001,40001这样的地址，WHY？给个理由。
ANS1　：地址以3开头，如IFIX的mb1中地址用30001、3001、300001表示的是功能码4的操作，即读输入寄存器。同理, 地址以4开头表示的是功能码3的操作，即对指的是对输出寄存器/内部寄存器进行的操作。虽然Modbus有两个字节表示地址0xFFFF,共64K，但是一般用不了那么多的。
例：高安屯垃圾电厂DCS Modbus通讯点表
DCS-TAG_№ DESCRIPTION Type Data Addr.
XA 0FG10-1 ACTIVATED CARBON STORAGE SILO VENTING FILTER FAN FAULT DI BOOL 00407
HC #RC10-O No.# INLET DAMPER FOR NID SYSTEM A IN SERVICE COMMAND DO BOOL 10001
ATO #FG03-S No.# SET POINT SO2 EMISSION AO INT 30002
AI #RC01 No.# REACTOR INLET GAS SO2 ANALYZER AI INT 40001
注：地址以2开头表示浮点数，以0,1,3,4开头表示整数。
FAQ2 : Modbus功能码的名称来源是什么？
ANS2: 因为Modbus主要用于与PLC通讯，所以Modbus的地址空间命名也服从PLC的方式。我一起在弄DCS，没玩过PLC。所以没明白这个道理之前，根本搞不明白Modbus的功能码要那么叫，经过两天多的研究研究研究，终于大彻大悟了。
功能码 名称 注释
01 Read Coil Status 读PLC的开出状态，可能是内部量 可读可写
02 Read Input Status 读PLC的开入DI点状态 只读DI，通道来
03 Read Holding Register 读PLC内部模拟量
04 Read Input Register 读PLC的模入AI状态 只读AI，通道来
05 Write Single Coil 给PLC写开关量数据 写单个位
06 Write Single Register 给PLC写模拟量数据  写模拟量
15 Write Multiple Coil 给PLC写多个开关量数据 写多个位
16（0x10H） Write Multiple Register 给PLC写多个模拟量数据  写多个模拟量

列出PLC的线圈与寄存器的分配如下,以三菱FX2n介绍:
辅助继电器
（M线圈）  一般  500点  M0到M499
锁定  2572点  M384至M3071
特殊  256点  M8000至8255
状态继电器
（S线圈）  一般  490点  S0至S499
锁定  400点  S500至S899
初始  10点  S0至S9
信号报警器  100点  S900至S999
数据寄存器（D）  一般  200点  D0至D199
类型：32位元件的16位数据存储寄存器
锁定  7800点  D200至D7999
类型：32位元件的16位数据存储寄存器
文件寄存器  7000点　  D1000至D7999通过14块500程式步的参数设置类型：16位数据存储寄存器
特殊  256点  从D8000至D8255
类型：16位数据存储寄存器
变址  16点  V0至V7和Z0至Z7
类型：16位数据存储寄存器

松下FP1—C40寄存器I/O配置表
名称 符号 编号（地址） 功能说明
外部
输入/
输出
继电
器 X（位） X0～X12F
（主机X0～X17） 输入继电器
总点数208点，主机24点，用来存储外部输入信号
WX（字） WX0～WX12（13个字）
Y（位） Y0～Y12F（主机Y0～YF） 输出继电器
总点数208点，主机16点，用来存储程序运行结果并输出
WY（字） WY0～WY12（13个字）
   
内
部
继
电
器 R（位） R0～R62F 通用内部继电器
只能在PLC内部供用户编程使用，不能用于输出
WR（字） WR0～WR62
R（位） R9000～R903F 特殊内部继电器
每个继电器均具有特殊用途，用
户只能使用其接点，不能用程序
控制其状态，不能用于输出
数据
寄存器 DT（字） DT0～DT1659（1，660字） 通用数据寄存器
用来存储PLC内处理的数据
  DT9000～DT9069（70字） 特殊数据寄存器
具有特殊用途的数据寄存器，不能存储用户数据