modbus協議及modbus TCP協議

一、Modbus協議

  • 1.起源

Modbus由Modicon公司于1979年開發，是一種工業現場總線協議標準。

Modbus通信協議具有多個變種，其中有支持串口，以太網多個版本，其中最著名的是Modbus?RTU（通信效率最高，基于串口）、Modbus?ASCII和Modbus?TCP（基于以太網）三種

其中Modbus?TCP是在施耐德收購Modicon后1997年發布的。

2.分類

1）Modbus?RTU

運行在串口上的協議，采用二進制表現形式以及緊湊的數據結構，通信效率較高，應用比較廣泛

2）Modbus?ASCII

運行在串口上的協議，采用ASCII碼進行傳輸，并且每個字節的開始和結束都有特殊字符作為標志，傳輸效率遠遠低于Modbus?RTU，一般只有通訊量比較少時才會考慮它。

3）Modbus?TCP

運行在以太網上的協議

3.優勢：

免費、簡單、容易使用

4.應用場景：

Modbus協議是現在國內工業領域應用最多的協議，不只PLC設備，各種終端設備，比如水控機、水表、電表、工業秤、各種采集設備

二、Modbus?tcp協議

1.特點

1）采用主從問答式通信

(一個主機可以對應多個從機，可以發出請求采集數據，發出請求控制設備)

2）Modbus?TCP是應用層協議，基于傳輸層的TCP進行通信的

3）Modbus?TCP端口號默認502

2.組成

ModbusTcp協議包含三部分：報文頭、功能碼、數據????????

報文頭7個字節，功能碼1個字節，Modbus?TCP/IP協議最大數據幀長度為260字節，最大252，（1?byte?=?8?bit）

1）報文頭

包含一個7字節報文頭

事物處理標識符：沒有限制，主機按照啥發，從機按照什么回

協議標識符：為啥是4個0？寫一個0行不行？每一位都是16進制數，?一位十六進制由4位2進制組成，8位2進制為一個字節

長度：

單元標識符：從機id

注意：報文頭包含內容個數順序均不可調換

2）寄存器

Modbus?TCP通過寄存器的方式存儲數據。

一共有四種類型的寄存器，分別是：離散量輸入、線圈、輸入寄存器、保持寄存器。

離散量和線圈其實就是位寄存器（每個寄存器數據占1字節），工業上主要用于控制IO設備。輸入和保持寄存器是字寄存器（每個寄存器數據占2個字節），工業上主要用于存儲工業設備的值。

1）?離散量和線圈其實就是位寄存器（每個寄存器數據占1字節），工業上主要用于控制IO設備

線圈寄存器，類比為開關量，每一個bit都對應一個信號的開關狀態。所以一個byte就可以同時控制8路的信號。比如控制外部8路io的高低。?線圈寄存器支持讀也支持寫，寫在功能碼里面又分為寫單個線圈寄存器和寫多個線圈寄存器。

離散輸入寄存器，離散輸入寄存器就相當于線圈寄存器的只讀模式，他也是每個bit表示一個開關量，而他的開關量只能讀取輸入的開關信號，是不能夠寫的。比如我讀取外部按鍵的按下還是松開。

2）?輸入和保持寄存器是字寄存器（每個寄存器數據占2個字節），工業上主要用于存儲工業設備的值。

保持寄存器，這個寄存器的單位不再是bit而是兩個byte，也就是可以存放具體的數據量的，并且是可讀寫的。比如我我設置時間年月日，不但可以寫也可以讀出來現在的時間。寫也分為單個寫和多個寫

輸入寄存器，這個和保持寄存器類似，但是也是只支持讀而不能寫。一個寄存器也是占據兩個byte的空間。類比我我通過讀取輸入寄存器獲取現在的AD采集值?

3）功能碼（16進制）

寄存器PLC地址和寄存器的對應關系：

00001-09999?：線圈

10001-19999：離散量輸入

30001-39999：輸入寄存器

40001-49999：保持寄存器

點亮一個燈：05

讀溫濕度：04?03

具體協議分析：

實例分享 | ModbusTCP報文詳解

4）總結

讀數據：

主機--》從機：

報文頭--功能碼--起始地址--數量

從機--》主機：

報文頭（長度可能發生變化）--功能碼（不變）--字節計數--數據

在讀數據和寫單個的時候，字節長度都是0x06（?一個字節的單元標識符，一個字節的功能碼，兩個字節的地址，兩個字節的數據）

寫數據：

寫單個：

主機--》從機：

報文頭--功能碼--地址--數據/斷通標志（保持寄存器：數據：線圈：斷通標志）

從機--》主機：

原文返回

寫多個：

主機--》從機：

報文頭----功能碼----起始地址----數量----字節計數----數據

從機--》主機：??

原文返回

5）練習

練習一

主機詢問數據流

00?03?00?00?00?06?01 03 00?63 00?02

00?00：事務處理標識符?

00?00：協議標識符

00?06?：字節?長度

03：功能碼（保持寄存器）

0063：起始地址：6*16+3=99，40100

0002：寄存器的數量??40100-40101

00?03?00?00?00?07?01 03 04 05?83 00?76

00?00：事務處理標識符

00?00：協議標識符

00?07：字節長度

03：功能碼

04：字節計數

0583：40100寄存器的數據

0076：40101寄存器的數據

練習2

1.讀傳感器數據，讀1個寄存器數據，寫出主從數據收發協議。

00?00?00?00? 00?06 01 03 00?60 00?01

00?00?00?00? 00?05 01 03 02 00?62

  1. 寫出控制IO設備開關的協議數據，操作1個線圈,置1。

線圈單個置零：0000?置一：FF00

00?00?00?00? 00?06 01 05 00?60 FF?00

00?00?00?00? 00?06 01 05 00?60 FF?00

  • 工具安裝
    1. Modbus?Salve/Poll

1)安裝過程：軟件默認安裝

2)破解：點擊connection-》connect，輸入序列號（序列號在SN.txt)

3）使用

從機：

先設置，先打開salve端，

再連接：點擊connection-》connect

主機：

    1. 網絡調試助手

    1. Wireshark

捕獲器選擇：

windows如果連接有線網絡，選擇本地連接/以太網

?????如果連接無線網絡，選擇WLAN

如果只是在本機上的通信，選擇NPCAP?Loopback?apdater

或Adapter?for?loopback?traffic?capture

過濾條件：

過濾端口：tcp.port==502

過濾IP：ip.addr?==?192.168.3.11(windows?的ip)

  1. 練習

在虛擬機寫程序實現poll端功能，編寫客戶端實現和Slave通信。

發送：發送Modbus?TCP協議???03功能碼

發送：uint8_t?data[12]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x06,0x01,0x03,0x00,0x00,0x00,0x02};

接收：recv

#include?<stdio.h>
#include?<stdlib.h>?//?atoi
#include?<sys/types.h>
#include?<sys/socket.h>
#include?<netinet/in.h>
#include?<netinet/ip.h>
#include?<arpa/inet.h>
#include?<unistd.h>int main(int?argc, char const *argv[])
{uint8_t?data[12] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x06,0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x03};uint8_t?buf[32] = {0};//1.創建套接字int?sockfd?= socket(AF_INET,?SOCK_STREAM, 0);if (sockfd?< 0){perror("socket?err");return -1;}//2.填充結構體struct sockaddr_in?caddr;
????caddr.sin_family?=?AF_INET;
????caddr.sin_port?= htons(502);
????caddr.sin_addr.s_addr?= inet_addr(argv[1]);//3.鏈接if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, sizeof(caddr)) < 0){perror("connect?err");return -1;}//4.發送send(sockfd,?data, sizeof(data), 0);//5.接收recv(sockfd,?buf, sizeof(buf), 0);for (int?i?= 0;?i?<?buf[8];?i++)printf("%#x?",?buf[9+i]);putchar(10);//6.關閉close(sockfd);return 0;
}

作業：

  1. 復習今天內容
  2. 完成05功能碼??，寫一個線圈
  3. 封裝函數。。

/*客戶端創建代碼?*/
#include?<stdio.h>
#include?<sys/types.h>?/*?See?NOTES?*/
#include?<sys/socket.h>
#include?<netinet/in.h>
#include?<netinet/ip.h>?/*?superset?of?previous?*/
#include?<arpa/inet.h>
#include?<unistd.h>
#include?<stdlib.h>
#include?<string.h>
int?sockfd;
uint8_t?buf[32];
void?writecoil(uint8_t?*p,?int?addr,?int?num)
{
????p[7]?=?0x05;
????p[8]?=?addr?>>?8;???//寄存器高位
????p[9]?=?addr?&?0xff;?//寄存器低位
????if?(num?==?1)
????{
????????p[10]?=?0xff;?//置1
????}
????else?if?(num?==?0)
????{
????????p[10]?=?0x00;?//置0
????}
????p[11]?=?0x00;
????for?(int?j?=?0;?j?<?12;?j++)
????{
????????printf("%#x?",?*(p+j));
????}
????send(sockfd,?p,?12,?0);
????recv(sockfd,?buf,?sizeof(buf),?0);
????for?(int?i?=?0;?i?<?12;?i++)
????{
????????printf("%#x?",?buf[i]);
????}
????putchar(10);
}
void?readregster(uint8_t?*p,?int?addr,?int?num)
{
????p[7]?=?0x03;
????p[8]?=?addr?>>?8;???//寄存器高位
????p[9]?=?addr?&?0xff;?//寄存器低位
????p[10]?=?num?>>?8;???//數量高位
????p[11]?=?num?&?0xff;?//數量低位
????for?(int?j?=?0;?j?<?12;?j++)
????{
????????printf("%#x?",?*(p?+?j));
????}
????putchar(10);
????send(sockfd,?p,?12,?0);
????recv(sockfd,?buf,?sizeof(buf),?0);????for?(int?i?=?0;?i?<?buf[8];?i++)
????{
????????printf("%#x?",?buf[9?+?i]);
????}
????putchar(10);
}
void?set_selve_id(uint8_t?*p)
{
????p[6]?=?0x01;
}
int?main(int?argc,?char?const?*argv[])
{
????if?(argc?<?3)
????{
????????printf("input?err\n");
????????return?-1;
????}
????//創建套接字
????sockfd?=?socket(AF_INET,?SOCK_STREAM,?0);
????if?(sockfd?<?0)
????{
????????perror("socket?err.");
????????return?-1;
????}
????//填充結構體
????struct?sockaddr_in?caddr;
????caddr.sin_family?=?AF_INET;
????caddr.sin_port?=?htons(atoi(argv[2]));
????caddr.sin_addr.s_addr?=?inet_addr(argv[1]);
????socklen_t?len?=?sizeof(caddr);
????//鏈接
????if?(connect(sockfd,?(struct?sockaddr?*)&caddr,?len)?<?0)
????{
????????perror("connect?err.");
????????return?-1;
????}
????//?uint8_t?data[12]?=?{0x00,?0x00,?0x00,?0x00,?0x00,?0x06,?0x01,?0x01,?0x00,?0x07,?0xFF,?0x00};
????//?uint8_t?data1[12]?=?{0x00,?0x00,?0x00,?0x00,?0x00,?0x06,?0x01,?0x01,?0x00,?0x00,?0x00,?0x03};
????uint8_t?data[12]?=?{0x00,?0x00,?0x00,?0x00,?0x00,?0x06};
????int?th?=?sizeof(data);
????int?addr?=?0x0101;
????int?num?=?0x0000;
????set_selve_id(data);
????//?readregster(data,?0,?2);
????writecoil(data,?6,?1);
????return?0;
}

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