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骏骏骏2025-10-16
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ModBus笔记 ​

Modbus TCP 数据帧结构 ​

一个完整的 Modbus TCP 数据帧（PDU, Protocol Data Unit）由以下几部分组成：

  1. 事务标识符（Transaction Identifier）：2 字节
    • 用于同步请求和响应消息。客户端生成一个唯一的事务标识符，并在响应中由服务器回传，以便客户端可以将响应与对应的请求匹配。
  2. 协议标识符（Protocol Identifier）：2 字节
    • 固定为 0x0000，表示使用的是 Modbus 协议。
  3. 长度字段（Length）：2 字节
    • 表示后续字节的数量，包括单元标识符和实际的 Modbus 请求或响应数据。最大值为 260（0x0104），因为整个 Modbus PDU 的最大长度是 260 字节。
  4. 单元标识符（Unit Identifier）：1 字节
    • 在传统的串行链路 Modbus 中用来标识从站地址。在 Modbus TCP 中，这个字段通常被设置为 0xFF 或者某个固定的值，因为它不是必需的。然而，在某些情况下，它可以用来区分不同的设备或服务实例。
  5. Modbus 功能码及数据（MBAP + PDU）：
    • 这部分包含了具体的 Modbus 请求或响应数据，包括功能码和对应的数据域。这部分遵循标准的 Modbus 协议格式。

示例数据帧结构 ​

假设我们要发送一个读取保持寄存器的请求，起始地址为 0x0001，读取数量为 0x0002：

事务标识符 (2 字节)协议标识符 (2 字节)长度 (2 字节)单元标识符 (1 字节)功能码 (1 字节)
  1. 事务标识符: 0x0001 （假设这是第一个请求）
  2. 协议标识符: 0x0000
  3. 长度: 0x0006 （表示接下来的 6 字节属于 Modbus PDU）
  4. 单元标识符: 0xFF
  5. 功能码: 0x03 （读取保持寄存器）
  6. 起始地址: 0x0001
  7. 寄存器数量: 0x0002

Modbus 数据类型 ​

在 Modbus 协议中，有几种主要的数据类型：

  • 线圈（Coils）：单个位（bit），可读写，通常用于控制开关或指示状态。
  • 离散输入（Discrete Inputs）：单个位（bit），只读，类似于线圈，但仅用于输入。
  • 保持寄存器（Holding Registers）：16 位字（word），可读写，常用于存储模拟量或配置参数。
  • 输入寄存器（Input Registers）：16 位字（word），只读，类似于保持寄存器，但仅用于输入。

在 Modbus 协议中的对应关系： ​

1. Q - 输出寄存器 ​

  • Modbus 功能码: 0x01 (Read Coils) 或 0x05 (Write Single Coil)
  • 描述:
    • Q 表示输出线圈（Coil），可以被读取或写入。
    • 每个 Q 地址对应一个二进制位（bit），值为 0 或 1，分别表示 OFF 或 ON 状态。

2. I - 输入寄存器 ​

  • Modbus 功能码: 0x02 (Read Discrete Inputs)
  • 描述:
    • I 表示输入位（Discrete Input），只能被读取。
    • 每个 I 地址也对应一个二进制位（bit），值为 0 或 1。
  • 例子:
    • I0.0 对应 Modbus 离散输入地址 0x0000
    • 使用 read_discrete_inputs(0, 1) 来读取 I0.0 的状态

3. V - 变量存储区 ​

  • Modbus 功能码: 0x03 (Read Holding Registers) 或 0x06 (Write Single Register)
  • 描述:
    • V 通常用于存储中间变量或需要长期保存的数据，可以是整数、浮点数等。
    • 在 Modbus 中，这些数据通常存储在保持寄存器（Holding Registers）或输入寄存器（Input Registers）中。
  • 例子:
    • 如果你有一个 VW10（假设是一个 16 位无符号整数），它可能映射到 Modbus 保持寄存器地址 0x000A
    • 使用 read_holding_registers(10, 1) 来读取 VW10 的值
    • 使用 write_register(10, value) 来写入 VW10

ModbusTcpClient 常用 API 及其对应的数据类型 ​

1. 读取线圈 ​

client.read_coils(address, count, unit=1)
  • 功能码：0x01
  • 描述：从指定地址开始读取指定数量的线圈状态。
  • 返回：包含线圈状态的响应对象，.bits 属性表示线圈状态列表（True 表示 ON/1，False 表示 OFF/0）。

2. 读取离散输入 ​

client.read_discrete_inputs(address, count, unit=1)
  • 功能码：0x02
  • 描述：从指定地址开始读取指定数量的离散输入状态。
  • 返回：包含离散输入状态的响应对象，.bits 属性表示离散输入状态列表（True 表示 ON/1，False 表示 OFF/0）。

3. 读取保持寄存器 ​

client.read_holding_registers(address, count, unit=1)
  • 功能码：0x03
  • 描述：从指定地址开始读取指定数量的保持寄存器值。
  • 返回：包含保持寄存器值的响应对象，.registers 属性表示寄存器值列表（每个值为 16 位整数）。

4. 读取输入寄存器 ​

client.read_input_registers(address, count, unit=1)
  • 功能码：0x04
  • 描述：从指定地址开始读取指定数量的输入寄存器值。
  • 返回：包含输入寄存器值的响应对象，.registers 属性表示寄存器值列表（每个值为 16 位整数）。

5. 写入单个线圈 ​

client.write_coil(address, value, unit=1)
  • 功能码：0x05
  • 描述：向指定地址写入单个线圈状态（ON/1 或 OFF/0）。
  • 参数：
    • address: 线圈起始地址。
    • value: 写入的值（True 或 False）。
  • 返回：确认是否写入成功的响应对象。

6. 写入多个线圈 ​

client.write_coils(address, values, unit=1)
  • 功能码：0x0F
  • 描述：向指定地址开始的一组线圈写入多个状态值。
  • 参数：
    • address: 线圈起始地址。
    • values: 要写入的状态值列表（True 或 False）。
  • 返回：确认是否写入成功的响应对象。

7. 写入单个保持寄存器 ​

client.write_register(address, value, unit=1)
  • 功能码：0x06
  • 描述：向指定地址写入单个保持寄存器值。
  • 参数：
    • address: 寄存器地址。
    • value: 写入的值（16 位整数）。
  • 返回：确认是否写入成功的响应对象。

8. 写入多个保持寄存器 ​

client.write_registers(address, values, unit=1)
  • 功能码：0x10
  • 描述：向指定地址开始的一组保持寄存器写入多个值。
  • 参数：
    • address: 寄存器起始地址。
    • values: 要写入的值列表（16 位整数列表）。
  • 返回：确认是否写入成功的响应对象。

注意事项 ​

  • 单位号（unit）：这是 Modbus 设备的从站 ID，默认是 1。如果网络中有多个 Modbus 设备，则需要根据设备的实际 ID 设置此参数。
  • 错误处理：如果请求失败，isError() 方法将返回 True，可以通过检查响应对象来获取具体的错误信息。

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PLC 标识Modbus 类型Modbus 功能码描述
QCoils0x01 / 0x05输出寄存器，可读写
IDiscrete Inputs0x02输入寄存器，只读
VHolding/Input Registers0x03 / 0x04 / 0x06 / 0x10变量存储区，用于存储中间变量
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