Modbus TCP协议说明-电子发烧友网

一、协议的特点

TCP协议是1996年施耐德公司推出的基于TCP/IP协议的Modbus协议。此协议与Modbus-RTU协议最大的不同就是使用了在TCP/IP协议上专用的报文识别Modbus应用数据单元。这种报文头被称为MBAP报文头。

MBAP报文头

报文头的长度是7个字节，分别有：事务处理标识符，长度为两个字节，用于事务处理配对。它是Modbus的事务处理码，每次通信后就要加一。协议标识符，长度为两个字节，用于系统内的多路复用。当它的值是0（00 00），表示使用Modbus协议。长度，由两个字节构成，用于说明下面还有多少个字节的数量。这样即使TCP将整个报文分为多个信息包传输，接收者也能识别报文的边界。单元标识符，由一个字节构成，当Modbus客户端在请求中设置这个域，在响应中服务器必须利用相同的值返回这个域，可以将其理解为设备地址。报文头之后的功能码和数据部分与Modbus-RTU协议相似。我们还是以实际的报文加以说明。

报文头各区域含义

二、实验设备介绍

实验中将网络调试助手软件作为客户机（主站），MT1004或MT2003远程I/O模块作为服务器（从站）。

主站和从站

MT1004有16个DO输出端口（线圈）。

MT1004

MT2003有8组AI端口。

MT2003

它们可以测量电压和电流信号。模块的配套软件可以查询它的详细信息也具有修改端口号等功能。我们尽量将端口号设置在2000以上，避免与其他协议产生冲突。打开MT软件，找到模块的IP地址、网关、端口等信息。在网络调试助手的网络设置中，选择TCP Client协议类型，输入远程主机地址为192.168.1.200，远程主机端口为2000。接着改变电脑的IP地址，使它们处于同一个网段内。打开电脑的网络设置，选择以太网，点击属性，选中Internet协议版本4，点击属性，输入IP地址为：192.168.1.111，子网掩码为255.255.255.0，点击确定。返回网络调试助手，点击连接，这样就可以在客户端和服务器之间建立通信。此次通信我们没有将模块并联到一起，所以两模块的参数设置都是相同的。（此段内容是软件及电脑的设置内容，在文章下方推荐的视频链接中可以看到。）

三、报文详细说明

打开网络调试软件，点击左上角电脑图标，在工具选项中选择MODBUS调试器，在出现的窗口中选择Modbus-TCP协议。现在我们想读取模块DO 5～DO 10的状态。我们根据指令填写字节，设备默认的ID是01，Do在Modbus中被称为线圈，所以选择01命令。这里我们给出协议中四种数据类型的特征以及功能码汇总。

寄存器种类

常用功能码描述

打开MT1004模块的用户手册选择相应的寄存器地址。

MT1004映射表

通道5的地址是00006，输入的地址应该是0x0005。读取数据的长度是6个。所以生成的报文为：00 04 00 00 00 06 01 01 00 05 00 06。

01命令的请求报文

我们尝试分析这个报文：00 04，是报文头的事务处理标识，点击更新我们能看到它会加一，变为00 05；

任务处理标识自动加1

00 00，是协议标识，说明使用Modbus协议；00 06，说明之后有六个字节的报文内容；01，是单元标识符，也就是设备地址；01，是功能码，表示读取线圈状态；00 05，是寄存器起始地址；00 06，是读取的线圈数量。调整接收设置的格式为HEX，服务器（从机）返回的响应报文是：00 05 00 00 00 04 01 01 01 00。

01命令的响应报文

00 05，是此次通信的事务处理标识，与请求报文保持一致；00 00，是协议标识符，与请求报文一致；00 04，是提示之后有4个字节长度的内容；01，是设备地址；01，是功能码，与请求报文相同；01，说明接下来的报文长度；00，表明DO线圈均处于断开状态（0000 0000），高位用零补充。

接下来我们以闭合、断开的规律改变通道5～10的线圈状态，也就是进行写线圈操作，它的命令是0F。生成的报文是：00 07 00 00 00 08 01 0F 00 05 00 06 01 15。

0F命令的请求报文

报文的解释是：00 07，事务处理标识符；00 00，协议标识，说明使用Modbus协议；00 08，说明接下来有8个字节的报文长度；01，是设备地址；0F，是功能码，请求执行写线圈操作；00 05，是寄存器的起始地址；00 06，是写寄存器的个数；01，说明之后有一个字节的内容；15，反映了要写入的寄存器状态，我们将其写成二进制是：0001 0101，对应通道是10、9、8、7、6、5，最高两位以0补齐。

响应报文是：00 07 00 00 00 06 01 0F 00 05 00 06。

0F命令的响应报文

对它的解释是：00 07为事务处理标识符；00 00为协议标识符；00 06说明后面有6个字节的报文长度；01为设备地址；0F为功能码；00 05是开始寄存器的地址；00 06是服务器一共改写了6个线圈的状态，我们可以打开软件看一下。可见已经成功为线圈写入状态。

线圈状态

最后，我们将压力传感器连接到MT2003模块的AI 5通道上，尝试读取采集卡的输入寄存器的值，功能码是：04。各设备的接线图如下图所示：

设备接线图

打开用户手册，AI 5的寄存器地址是6（十进制），

MT2003映射表

所以生成的响应报文是：00 05 00 00 00 06 01 04 00 05 00 01。

04命令的请求报文

返回的响应报文是：00 05 00 00 00 05 01 04 02 61 11。

04命令的响应报文

通过报文可以看到，模块寄存器中的值是61 11，它反映了模块采集到的电流值的大小。将其转换为十进制是24849。根据用户手册，4mA～20mA的电流值对应0～65535（十进制）的数据值，所以24849对应的电流值为10.07mA。依据压力传感器的技术指标，其测量到的压力大小约为39.1MPa。计算过程如下图所示。

计算（一）计算（二）