1.概述
概念
Modbus是一种串行通信协议,是Modicon公司(现在的施耐德电气 Schneider Electric)于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准(De facto),并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。
优势
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Modbus协议标准开放、公开发表且无版权要求
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Modbus协议支持多种电气接口,包括RS232、RS485、TCP/IP等,还可以在各种介质上传输,如双绞线、光纤、红外、无线等
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Modbus协议消息帧格式简单、紧凑、通俗易懂。用户理解和使用简单,厂商容易开发和集成,方便形成工业控制网络
通讯方式
ASCII模式
当控制器设为在Modbus网络上以ASCII模式通信,在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。
RTU模式
当控制器设为Modbus网络上以RTU(远程终端单元)模式通信,在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是:在同样的波特率下,可比ASCII方式传送更多的数据。
3、Modbus TCP
在Modbus TCP/IP协议中,串行链路中的主/从设备分别演变为客户端/服务器端设备。即客户端相当于主站设备,服务器端相当于从站设备。基于TCP/IP网络的传输特性,串行链路上一主多从的构造也演变为多客户端/多服务器端的构造模型。Modbus TCP/IP服务器端通常使用端口502作为接收报文的端口, IANA(Internet Assigned Numbers Authority,互联网编号分配管理机构)给Modbus协议赋予TCP端口号为502,这是目前在仪表与自动化行业中唯一分配到的端口号。
2.组成
物理模型
线圈寄存器:实际上就可以类比为开关量(继电器状态),每一个bit对应一个信号的开关状态。所以一个byte就可以同时控制8路的信号。比如控制外部8路io的高低。 线圈寄存器支持读也支持写,写在功能码里面又分为写单个线圈寄存器和写多个线圈寄存器。对应上面的功能码也就是:0x01 0x05 0x0f离散输入寄存器:如果线圈寄存器理解了这个自然也明白了。离散输入寄存器就相当于线圈寄存器的只读模式,他也是每个bit表示一个开关量,而他的开关量只能读取输入的开关信号,是不能够写的。比如我读取外部按键的按下还是松开。所以功能码也简单就一个读的 0x02保持寄存器:这个寄存器的单位不再是bit而是两个byte,也就是可以存放具体的数据量的,并且是可读写的。一般对应参数设置,比如我我设置时间年月日,不但可以写也可以读出来现在的时间。写也分为单个写和多个写,所以功能码有对应的三个:0x03 0x06 0x10输入寄存器:这个和保持寄存器类似,但是也是只支持读而不能写,一般是读取各种实时数据。一个寄存器也是占据两个byte的空间。类比我我通过读取输入寄存器获取现在的AD采集值。对应的功能码也就一个 0x0
ModbusTCP数据帧: MBAP + PDU
MBAP(报文头)
内容 | 大小 | 描述 |
---|---|---|
00 00 | 2字节 | 报文的序列号,一般通信之后要加1来区分不同的通信数据报文。 |
00 00 | 2字节 | 00 00标识Modus TCP协议 |
00 06 | 2字节 | 数据的长度,单位字节 |
01 | 1字节 | 设备地址 |
PDU(数据体)
功能码(1字节)+数据(不确定)
例如
0x03 : 读保持寄存器
请求:MBAP(7字节) 功能码(1字节) 起始地址(2字节) 寄存器数量(2字节)
响应:MBAP(7字节) 功能码(1字节) 数据长度(1字节) 数据n个(2n字节)
请求
00 01 00 00 00 06 01 03 00 00 00 03
00 01 :代表该连接的第1个请求
00 00 :代表Modbus TCP协议
00 06 :后面数据长度,单位字节
01 :设备地址
03 :功能码
00 00 :起始地址
00 03 :寄存器数量
响应
00 01 00 00 00 09 01 03 06 00 21 00 00 00 00
06 :后面数据长度
00 21 00 00 00 00:标识三个寄存器中的值(00 21代表第一个,00 00 第二 , 00 00 第三个 )
功能码
0x01: 读线圈寄存器0x02: 读离散输入寄存器0x03: 读保持寄存器0x04: 读输入寄存器0x05: 写单个线圈寄存器0x06: 写单个保持寄存器0x0f: 写多个线圈寄存器0x10: 写多个保持寄存器
3.虚拟机
下载地址 : Modbus Slave Sim V3.2 x 64
进入页面
连接
配置选择不同的寄存器/线圈
4.Java实现
关于Modbus相关的jar包
- Jamod:Java Modbus实现:Java Modbus库。该库由Dieter Wimberger实施。
- ModbusPal:ModbusPal是一个正在进行的Java项目,用于创建逼真的Modbus从站模拟器。由于预定义的数学函数和/或Python脚本,寄存器值是动态生成的。ModbusPal依赖于RxTx进行串行通信,而Jython则依赖于脚本支持
- Modbus4J:Serotonin Software用Java编写的Modbus协议的高性能且易于使用的实现。支持ASCII,RTU,TCP和UDP传输作为从站或主站,自动请求分区,响应数据类型解析和节点扫描
- JLibModbus:JLibModbus是java语言中Modbus协议的一种实现。jSSC和RXTX用于通过串行端口进行通信。该库是一个经过积极测试和改进的项目。
代码使用 Modbus4J 来演示
引入Modbus4Jjar包
<dependencies> <dependency> <groupId>com.infiniteautomationgroupId> <artifactId>modbus4jartifactId> <version>3.0.4version> dependency>dependencies><repositories> <repository> <releases> <enabled>falseenabled> releases> <snapshots> <enabled>trueenabled> snapshots> <id>ias-snapshotsid> <name>Infinite Automation Snapshot Repositoryname> <url>https://maven.mangoautomation.net/repository/ias-snapshot/url> repository> <repository> <releases> <enabled>trueenabled> releases> <snapshots> <enabled>falseenabled> snapshots> <id>ias-releasesid> <name>Infinite Automation Release Repositoryname> <url>https://maven.mangoautomation.net/repository/ias-release/url> repository> repositories>
代码实现读取和写入
import com.serotonin.modbus4j.ModbusFactory;import com.serotonin.modbus4j.ModbusMaster;import com.serotonin.modbus4j.code.DataType;import com.serotonin.modbus4j.exception.ErrorResponseException;import com.serotonin.modbus4j.exception.ModbusInitException;import com.serotonin.modbus4j.exception.ModbusTransportException;import com.serotonin.modbus4j.ip.IpParameters;import com.serotonin.modbus4j.locator.BaseLocator;import com.serotonin.modbus4j.msg.*;public class ModbusUtils { static ModbusFactory modbusFactory; static ModbusMaster modbusMaster; static { if(modbusFactory == null){ modbusFactory = new ModbusFactory(); } } public static ModbusMaster getMaster() throws ModbusInitException { if(modbusMaster == null){ IpParameters ipParameters = new IpParameters(); ipParameters.setHost("127.0.0.1"); ipParameters.setPort(502); modbusMaster = modbusFactory.createTcpMaster(ipParameters, true); modbusMaster.init(); return modbusMaster; } return modbusMaster; } public static Boolean readCoilStatus(int slaveId,int offset) throws ModbusInitException, ModbusTransportException, ErrorResponseException { BaseLocator<Boolean> coilStatus = BaseLocator.coilStatus(slaveId, offset); Boolean res = getMaster().getValue(coilStatus); return res; } public static Boolean inputStatus(int slaveId,int offset) throws ModbusInitException, ModbusTransportException, ErrorResponseException { BaseLocator<Boolean> inputStatus = BaseLocator.inputStatus(slaveId, offset); Boolean res = getMaster().getValue(inputStatus); return res; } public static Number holdingRegister(int slaveId, int offset, int dataType) throws ModbusInitException, ModbusTransportException, ErrorResponseException { BaseLocator<Number> holdingRegister = BaseLocator.holdingRegister(slaveId, offset, dataType); Number value = getMaster().getValue(holdingRegister); return value; } public static Number inputRegister(int slaveId, int offset, int dataType) throws ModbusInitException, ModbusTransportException, ErrorResponseException { BaseLocator<Number> inputRegister = BaseLocator.inputRegister(slaveId, offset, dataType); Number value = getMaster().getValue(inputRegister); return value; } public static Boolean writeCoilStatus(int slaveId,int offset,boolean status) throws ModbusTransportException, ModbusInitException { boolean coilValue = status; WriteCoilRequest coilRequest = new WriteCoilRequest(slaveId, offset, coilValue); WriteCoilResponse coilResponse = (WriteCoilResponse) getMaster().send(coilRequest); return !coilResponse.isException(); } public static Boolean writeRegister(int slaveId,int offset,int vlaue) throws ModbusTransportException, ModbusInitException { WriteRegisterRequest registerRequest = new WriteRegisterRequest(slaveId,offset,vlaue); WriteRegisterResponse registerResponse = (WriteRegisterResponse) getMaster().send(registerRequest); return !registerResponse.isException(); } public static Boolean writeCoils(int slaveId,int offset,boolean[] booleans) throws ModbusTransportException, ModbusInitException { WriteCoilsRequest writeCoils = new WriteCoilsRequest(slaveId, offset, booleans); WriteCoilsResponse coilsResponse = (WriteCoilsResponse) getMaster().send(writeCoils); return !coilsResponse.isException(); } public static Boolean writeRegisters(int slaveId,int offset,short[] nums) throws ModbusTransportException, ModbusInitException { WriteRegistersRequest writeRegisters = new WriteRegistersRequest(slaveId, offset, nums); WriteRegistersResponse registersResponse = (WriteRegistersResponse) getMaster().send(writeRegisters); return !registersResponse.isException(); } public static void main(String[] args) throws ModbusInitException, ModbusTransportException, ErrorResponseException { // 01测试// Boolean v0001 = readCoilStatus(1, 0);// Boolean v0002 = readCoilStatus(1, 1);// Boolean v0008 = readCoilStatus(1, 7);// System.out.println("get v0001 :" + v0001);// System.out.println("get v0002 :" + v0002);// System.out.println("get v0008 :" + v0008); // 03测试// Number v0001 = holdingRegister(136, 3, DataType.TWO_BYTE_INT_SIGNED);// Number v0003 = holdingRegister(1, 2, DataType.TWO_BYTE_INT_SIGNED);// Number v0009 = holdingRegister(1, 8, DataType.TWO_BYTE_INT_SIGNED);// System.out.println("get v0001 result:" + v0001);// System.out.println("get v0003 result:" + v0003);// System.out.println("get v0009 result:" + v0009); // 04测试// Number v0001 = inputRegister(136, 0, DataType.TWO_BYTE_INT_SIGNED);// Number v0003 = inputRegister(136, 2, DataType.TWO_BYTE_INT_SIGNED);// Number v0009 = inputRegister(136, 8, DataType.TWO_BYTE_INT_SIGNED);// System.out.println("get v0001 result:" + v0001);// System.out.println("get v0003 result:" + v0003);// System.out.println("get v0009 result:" + v0009); // 05测试// Boolean v0001 = writeCoilStatus(1, 0, true);// Boolean v0002 = writeCoilStatus(1, 1, false);// Boolean v0007 = writeCoilStatus(1, 6, true);// System.out.println("update v0001 status result:" + v0001);// System.out.println("update v0002 status result:" + v0002);// System.out.println("update v0007 status result:" + v0007); // 06测试// Boolean v0001 = writeRegister(136, 0, 98);// Boolean v0002 = writeRegister(136, 1, 0);// Boolean v0007 = writeRegister(136, 6, 100);// System.out.println("update v0001 status result:" + v0001);// System.out.println("update v0002 status result:" + v0002);// System.out.println("update v0007 status result:" + v0007); // 0f测试 //Boolean res1 = writeCoils(1, 1, new boolean[]{true, true, false, true}); // 10测试 //Boolean res2 = writeRegisters(136, 7, new short[]{1, 2, 3}); //Boolean res3 = writeRegisters(136, 7, new short[]{991, 778, 25, 0}); }}
测试结果
01测试 (读取线圈寄存器状态)
[main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Encap Request: 00 01 00 00 00 06 01 01 00 00 00 01 [main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Sending on port: 502 [main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Response: 00 01 00 00 00 04 01 01 01 01 [main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Encap Request: 00 02 00 00 00 06 01 01 00 01 00 01 [main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Sending on port: 502 [main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Response: 00 02 00 00 00 04 01 01 01 00 [main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Encap Request: 00 03 00 00 00 06 01 01 00 07 00 01 [main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Sending on port: 502 [main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Response: 00 03 00 00 00 04 01 01 01 01 get v0001 :trueget v0002 :falseget v0008 :true
读取对应的寄存器/线圈 系统中能获取到模拟器中的数据。
写入对应的寄存器/线圈 模拟器中的数据也会发生变化。
来源地址:https://blog.csdn.net/m0_58567231/article/details/129349968