Modbus通信协议基础知识总结

1. 数据类型与存储区分类

Modbus协议将数据分为四类存储区，通过存储区代号区分：

• 输出线圈（0x）：可读写，对应二进制开关量（如继电器状态），地址范围000001-065536（绝对地址）。

• 输入线圈（1x）：只读，用于读取外部设备状态（如传感器开关），地址范围100001-165536。

• 输入寄存器（3x）：只读，存储16位数据（如温度值），地址范围300001-365536。

• 输出寄存器（4x）：可读写，用于控制设备参数（如设定频率），地址范围400001-465536。

每个存储区最多支持65536个元素（线圈或寄存器），通过偏移量定位具体地址。

2. 地址模型

Modbus有两种地址表示方式：

• PLC地址模型：直接使用存储区代号+偏移量，如D100表示D区第100个字，M10表示M区第10个位。

• Modbus地址模型：采用六位绝对地址，由存储区代号+（偏移量+1）组成。

• 例如：

  • 4区第1个寄存器 → 400001（绝对地址），对应偏移量0。

  • 4区第100个寄存器 → 400100（绝对地址），对应偏移量99。

为何协议报文中使用相对地址？
协议报文中仅包含偏移量（从0开始），结合功能码即可确定存储区。若用绝对地址（如400001），可能因功能码冲突导致歧义。

3. 长地址 vs 短地址模型

• 长地址模型：六位数地址，覆盖全范围（如400001-465536），适用于PLC等复杂系统。

• 短地址模型：五位数地址，范围缩小（如输出线圈00001-09999），常见于仪表、变频器等简单设备，便于配置。

示例转换：
PLC的D100对应Modbus长地址400100（4区偏移量99），而短地址可能直接表示为40099。

4. 协议分类

Modbus协议根据传输方式和介质分为多种类型：

• 串口通信（RS232/485/422）：

  • Modbus RTU：二进制编码，高效，使用CRC校验。

  • Modbus ASCII：文本编码，可读性强，效率较低，使用LRC校验。

• 以太网通信：

  • Modbus TCP：基于TCP/IP，无校验，适用于工业以太网。

  • Modbus RTU/ASCII Over TCP/UDP：将串口协议封装在TCP/UDP包中，兼容旧设备。

5. 功能码说明

功能码是操作指令的代号，定义了对存储区的读写行为：

• 读取操作：

  • 01：读取输出线圈（如继电器状态）。

  • 02：读取输入线圈（如传感器开关）。

  • 03：读取输出寄存器（如读取PLC参数）。

  • 04：读取输入寄存器（如采集温度值）。

• 写入操作：

  • 05：写入单个线圈（如控制继电器通断）。

  • 0F：写入多个线圈。

  • 06：写入单个寄存器（如修改频率设定）。

  • 10：写入多个寄存器

6. 关键总结

• 存储区与地址：通过功能码+偏移量定位数据，长地址兼容全范围，短地址简化配置。

• 协议选择：RTU适合高效串口通信，TCP用于以太网，ASCII便于调试。

• 功能码核心作用：明确操作类型（读/写）和目标存储区，是协议交互的核心指令。

示例应用：
若要读取变频器的运行频率（存储在输出寄存器4x，地址400010），使用功能码03，发送偏移量9（因绝对地址400010对应偏移量9）。设备返回该寄存器的16位数据值。