揭秘modbus通訊協(xié)議功能碼

　　對于使用 Modbus 作為其通信協(xié)議的各種設(shè)備，您會發(fā)現(xiàn)關(guān)于如何訪問這些設(shè)備中不同類型的數(shù)據(jù)的許多不同的解釋、術(shù)語和標簽。有時，設(shè)備手冊可能僅提及支持的 Modbus 功能代碼以及這些功能代碼可用的偏移范圍。聚英電子逐步介紹 Modbus 功能代碼的細節(jié)以及它們與尋址的關(guān)系，以及它們?nèi)绾斡绊懺?Wonderware 應(yīng)用程序的 TOP Server 中使用的地址。

　　TOP 服務(wù)器支持的 Modbus 功能碼

　　Modbus 中的功能代碼 (FC) 是 Modbus 請求中使用的特定代碼，用于告訴 Modbus 從設(shè)備訪問哪種類型的內(nèi)存(即保持寄存器、輸入線圈等)以及對該內(nèi)存執(zhí)行什么操作(即讀取或?qū)懽?。下表列出了TOP Server Modbus Suite中包含的所有 Modbus 驅(qū)動程序用于通信的特定 Modbus 功能代碼：

　　根據(jù)您從客戶端應(yīng)用程序讀取或?qū)懭氲牡刂奉愋?保持寄存器、內(nèi)部寄存器、輸入線圈或輸出線圈)，這將決定 TOP 服務(wù)器 Modbus 驅(qū)動程序?qū)⒃趯δ膶嶋H協(xié)議請求中使用哪些特定功能代碼設(shè)備。

　　TOP 服務(wù)器 Modbus 驅(qū)動程序中還有一些特殊設(shè)置，可以為設(shè)備中的不同 Modbus 實現(xiàn)提供更大的靈活性，我們將在稍后介紹。

　　而且，雖然我們不會在這篇文章中詳細介紹，但 TOP 服務(wù)器中的 Modbus 靈活性更進一步，它支持特定非標準驅(qū)動程序中的 Modbus 變體，例如Enron Modbus、OMNI Flow、Lufkin ELAM、Honeywell UDC和甚至是基于 Yaskawa Memobus 的驅(qū)動程序。

　　Modbus 功能代碼如何對應(yīng)尋址

　　正如我們上次提到的，當我們談?wù)?Modbus 協(xié)議和尋址特定數(shù)據(jù)位置(或內(nèi)存類型)時，通常有四種不同類型的 Modbus 地址：

　　保持寄存器——具有讀/寫訪問權(quán)限的 16 位(模擬)地址 (4xxxxx)

　　內(nèi)部寄存器——具有只讀訪問權(quán)限的 16 位(模擬)地址 (3xxxxx)

　　輸入線圈——具有只讀訪問權(quán)限的 1 位(布爾)地址 (1xxxxx)

　　輸出線圈——具有讀/寫訪問權(quán)限的 1 位(布爾)地址 (0xxxxx)上次我們還討論了很多設(shè)備文檔并不總是根據(jù)地址類型(例如 4xxxx 或保持寄存器)提供 Modbus 地址的詳細列表。

　　因此，由于我們正在更深入地討論 Modbus 功能代碼，因此我們必須根據(jù)特定地址的內(nèi)存類型以及它是否可以讀取和寫入或只能讀取來討論 Modbus 地址從。

　　這兩個因素決定了向設(shè)備發(fā)送請求時將使用哪個 Modbus 功能代碼。 讓我們討論每個功能代碼及其執(zhí)行的相應(yīng)地址和功能：

　　Modbus 功能代碼 1 (Hex 0x01)

　　當請求讀取一個或多個(一次最多 2000 個)輸出線圈或 0xxxxx 類型的離散/布爾地址時，TOP 服務(wù)器使用此功能代碼。

　　輸出線圈是讀/寫訪問 - 您將在列表的下方看到對功能代碼 5 和 15 的支持。

　　Modbus 功能代碼 2 (Hex 0x02)

　　當請求讀取多個(一次最多 2000 個)輸入線圈或 1xxxxx 類型離散/布爾地址中的一個時，TOP 服務(wù)器使用此功能代碼。

　　輸入線圈在 Modbus 設(shè)備中是只讀的，因此您會注意到?jīng)]有指定用于寫入 1xxxxx 類型地址的功能代碼。

　　Modbus 功能代碼 3 (Hex 0x03)

　　當請求讀取一個或多個(一次最多 125 個)保持寄存器或 4xxxxx 類型的模擬地址時，TOP 服務(wù)器使用此功能代碼。

　　也可以使用功能代碼 3 訪問保持寄存器中的各個位，只需在末尾附加一個 .x 語法，其中 x 表示您希望讀取的寄存器中的位(即 400001.0 將訪問保持寄存器偏移 1 中的位 0) .

　　因為保持寄存器是大多數(shù)支持 Modbus 的設(shè)備中最常支持的內(nèi)存類型，所以 Modbus 功能代碼 3 可能是使用最廣泛的功能代碼。

　　并且保持寄存器是讀/寫訪問 - 因此您將在列表的下方看到對功能代碼 6 和 16 的支持。

　　Modbus 功能代碼 4 (Hex 0x04)

　　當請求讀取一個或多個(一次最多 125 個)內(nèi)部寄存器或 3xxxxx 類型的模擬地址時，TOP 服務(wù)器使用此功能代碼。

　　與保持寄存器一樣，也可以使用功能代碼 4 *u,e, 300004.2 訪問內(nèi)部寄存器中的各個位 1) - 稍后繼續(xù)閱讀以獲取基于 1 與 0 的位尋址的信息寄存器內(nèi)。

　　與輸入線圈一樣，內(nèi)部寄存器在 Modbus 設(shè)備中是只讀的，因此您不會看到指定用于寫入 3xxxxxx 類型地址的功能代碼。

　　筆記： 是的，如果您注意到，F(xiàn)C 3 用于訪問 4xxxxx 地址，F(xiàn)C 4 用于訪問 3xxxxx 地址，就像 FC 1 訪問 0xxxxx 和 FC 2 訪問 1xxxxx 地址一樣——這些不是印刷錯誤。

　　Modbus 功能代碼 5 (Hex 0x05)

　　此功能代碼由 TOP 服務(wù)器在寫入單個輸出線圈 (0xxxxx) 時使用 - 也稱為“強制”線圈。

　　Modbus 功能代碼 6 (Hex 0x06)

　　此功能代碼由 TOP 服務(wù)器在寫入單個保持寄存器 (4xxxxx) 時使用 - 也稱為“預(yù)置”寄存器。

　　Modbus 功能代碼 15 (Hex 0x0F)

　　此功能代碼由 TOP 服務(wù)器在寫入(強制)多個輸出線圈 (0xxxxx) 時使用?，F(xiàn)在，某些設(shè)備僅支持 FC 15 對輸出線圈進行單次和多次寫入的情況并不少見。

　　為了解決這種情況，TOP 服務(wù)器 Modbus 驅(qū)動程序在設(shè)備設(shè)置中有一個特殊設(shè)置，用于禁用“Modbus 功能 05” - 當禁用時，驅(qū)動程序?qū)H使用 FC 15 對輸出線圈的所有寫入。

　　Modbus 功能代碼 16 (Hex 0x10)

　　此功能代碼由 TOP 服務(wù)器在寫入(預(yù)設(shè))多個保持寄存器 (4xxxxx) 時使用。與 FC 15 一樣，設(shè)備制造商僅支持 FC 16 以對保持寄存器進行單次和多次寫入的情況并不少見 - 這是一種更便宜的實施方式，只需添加對一個與兩個功能代碼的支持。

　　針對這種情況，TOP 服務(wù)器 Modbus 驅(qū)動程序中還有一個設(shè)置，允許您禁用“Modbus 功能 06”，這樣，當禁用時，驅(qū)動程序?qū)H使用 FC 16 對保持寄存器的所有寫入。

　　Modbus 功能代碼 22 (Hex 0x16)

　　此功能專門用于單個事務(wù)中保持寄存器 (4xxxxx) 中的位寫入 - 默認情況下，在 TOP 服務(wù)器的 Modbus 驅(qū)動程序設(shè)備屬性中禁用它，因為許多 Modbus 設(shè)備不支持 FC 22、選擇代替支持另一種方法。

　　另一種方法是默認和最常用的方法，即對保持寄存器中的位執(zhí)行讀/修改/寫操作。

　　在此方法中，當客戶端應(yīng)用程序請求寫入保持寄存器位時，會發(fā)生以下情況：

　　正如您可能已經(jīng)猜到的那樣，這種常用方法存在一些風(fēng)險，特別是如果您的 Modbus 設(shè)備中的寄存器值經(jīng)常更改 - 執(zhí)行讀取/修改/寫入操作可能會將位更改為不正確的狀態(tài)，如果它們之前已更改操作完成所需的時間。

　　例如，假設(shè)我們正在對 400001 的第 1 位執(zhí)行讀取/修改/寫入操作。如果第 2 位在操作開始時為“on”，但在寫入之前已切換為“off”，則它將是再次錯誤地“打開”。

　　FC 22 旨在通過直接修改保持寄存器中的各個位來避免這種風(fēng)險，而周圍的位保持不變。問題是 FC 22 只有在實際的 Modbus 從設(shè)備實現(xiàn)了對 FC 22 的支持時才能使用，而這種情況通常并非如此。

　　因此，請務(wù)必確認您的設(shè)備是否真的支持 FC 22 - 如果支持，您可以在 TOP 服務(wù)器的 Modbus 驅(qū)動程序的設(shè)備屬性中啟用“Holding Register Bit Writes”。

　　TOP 服務(wù)器將對整個寄存器執(zhí)行 FC 3 讀取

　　然后驅(qū)動程序只修改有問題的位(這會改變該保持寄存器的 16 位值的整體值)

　　然后使用 FC 6 或 16 將修改后的 16 位值寫回 Modbus 從設(shè)備(取決于您的設(shè)備支持什么以及根據(jù)剛才描述的特殊設(shè)置啟用什么)。因此，該函數(shù)確定正在訪問哪種類型的內(nèi)存以及它是讀操作還是寫操作。但是功能代碼與 Modbus 請求中的其他信息一起使用，包括所謂的偏移量。

　　偏移尋址如何與 Modbus 功能代碼一起使用

　　TOP Server Modbus Suite 驅(qū)動程序支持不同內(nèi)存類型的以下地址范圍：

　　持有登記冊 – 400001- 465536

　　內(nèi)部寄存器 – 300001- 365536

　　輸入線圈 – 100001- 165536

　　輸出線圈 – 000001- 065536所以我們支持所有內(nèi)存類型的偏移量 1 到 65,536。但什么是偏移量?

　　我通常解釋偏移量的方式是，您必須查看地址的第一個數(shù)字(即 4、3、1 或 0)來告訴驅(qū)動程序訪問哪種類型的內(nèi)存。第一個數(shù)字之后的所有內(nèi)容都是偏移量 - 您在該內(nèi)存類型中感興趣的特定內(nèi)存地址。

　　Modbus 保持寄存器偏移Modbus 文件說：TOP 服務(wù)器說它支持：400140000140001400001

　　Modbus 功能代碼和偏移量在 Modbus 請求中協(xié)同工作，以告知設(shè)備應(yīng)返回或修改的特定信息。

　　什么是 Modbus 從零與從一的尋址?

　　在討論基于偏移的 Modbus 尋址時，最后一個重要的細節(jié)是設(shè)備是否支持基于零或一的尋址。最初，從零開始的尋址是 Modbus 的預(yù)期實現(xiàn)方式。但是，隨著時間的推移和 Modbus 作為一種開放協(xié)議被如此廣泛地采用，某些設(shè)備制造商采用了一種稱為 one-based 尋址的概念。

　　從零開始的尋址涉及從零開始的內(nèi)存類型的第一個偏移量。因此，例如，如果您請求保持寄存器 400001，則實際的 Modbus 協(xié)議請求將為偏移量 0 的 FC 3。而 400002 將請求偏移量 1 的 FC 3，依此類推。

　　正如您可以想象的那樣，這可能會令人困惑。因此，一些制造商采用了一種稱為基于一的尋址的實現(xiàn)方式。對于從 1 開始的尋址，偏移量與實際地址請求對齊。例如，如果您請求保持寄存器 1，則該請求仍然使用 FC 3，但用于偏移量 1。而 400002 將請求 FC 3 用于偏移量 2，依此類推。它更加“用戶友好”。

　　但是，由于有些設(shè)備支持從零開始尋址，而有些設(shè)備支持從一開始的尋址，因此了解這一點很重要。TOP 服務(wù)器 Modbus 驅(qū)動程序有一個可配置的設(shè)置，用于指定您的 Modbus 從設(shè)備支持的實現(xiàn)。

　　“基于零的尋址”的默認設(shè)置已啟用，因為這是 Modbus 規(guī)范的默認設(shè)置。將此設(shè)置切換為禁用將導(dǎo)致驅(qū)動程序使用基于 1 的尋址。始終確保您使用的是正確的設(shè)置，否則意味著顯示的值可能是您設(shè)備中的錯誤地址。

　　例如，如果您讀取 400001 的值，并且與您期望的值相比，它是“錯誤”值，請查看它是否是 400001 旁邊的寄存器的值。如果是，您需要從 1 交換為從零開始尋址(反之亦然)。

　　此外，還有基于 1 或基于 0 的位尋址。默認情況下，TOP Server Modbus 驅(qū)動程序也支持從零開始的位尋址，因為它是 Modbus 規(guī)范的默認設(shè)置。這意味著位的尋址范圍為 0 到 15。

　　基于 1 的位尋址意味著位從 1 到 16 尋址——同樣，對于計算 16 位的人來說，這感覺更自然。而且，TOP Server Modbus 驅(qū)動程序有一個可配置的設(shè)置，這取決于您的設(shè)備支持什么。

　　與偏移尋址一樣，在 TOP Server 中選擇的位尋址方法必須與您的設(shè)備支持的匹配 - 否則，如果不正確，您將訪問的位值將用于錯誤的位。該設(shè)置應(yīng)為 0-15 位訪問啟用，或應(yīng)為 1-16 位訪問禁用。

　　始終查閱制造商的文檔或與制造商交談以確定他們支持的方法。如果您注意到某位“開啟”但應(yīng)該“關(guān)閉”(反之亦然)，您可能需要切換此設(shè)置。

　　正如您所看到的，Modbus 有很多怪癖，因為它是一個如此完善和廣泛使用的開放協(xié)議。一個靈活的 Modbus 主站，如 TOP 服務(wù)器，提供了一系列可配置的設(shè)置(包括交換字節(jié)、字和雙字排序，將在以后的文章中介紹)以與最廣泛的 Modbus 從站實現(xiàn)一起工作，無論制造商如何，以獲得最大的兼容性。