Modbus调试工具
Modbus Poll与Modbus Slave是两款我们在调试modbus时常用的两款第三方的调试工具。
Modbus通信包含串口（RTU，ASCLL）和网络（TCP/IP）三种协议。Modbus Poll与Modbus Slave支持三种协议，更好的帮助开发者测试Modbus主从设备
1. Modbus Poll
1.1. 界面主要功能介绍
菜单栏Connection -> Connection Setup 包含基础连接参数配置
- 连接方式(串口、TCP/IP)
- 端口号设置、波特率、数据位、校验位、停止位、连接模式选择（RTU、ASCLL）
- IP地址、IP端口
菜单栏Setup -> Read/Write Definition 包含Modbus协议设置
- 从机地址、功能码
- 查询地址、数据读取时间，寄存器起始地址、寄存器连续个数
菜单栏Display 可以调整寄存器数据显示方式
菜单栏Display -> Communication Traffic 用来监视/查看分析收发数据帧内容
主窗口 展示状态和寄存器回读结果
- Tx = 0: Err = 0: ID = 9: F = 03: SR = 1000ms（查询次数、错误次数、从机设备ID、功能码、扫描周期）
1.2. Modbus功能码
| 功能码（十进制） | 功能码（十六进制） | 功能名称 | 功能概述 |
|---|---|---|---|
| 01 | 0x01 | Read Coils | 读取线圈（可读写布尔量，如继电器状态） |
| 02 | 0x02 | Read Discrete Inputs | 读取离散输入（只读布尔量，如传感器信号） |
| 03 | 0x03 | Read Holding Registers | 读取保持寄存器（可读写16位数据，如设备参数） |
| 04 | 0x04 | Read Input Registers | 读取输入寄存器（只读16位数据，如传感器模拟量） |
| 05 | 0x05 | Write Single Coil | 写入单个线圈（设置单个继电器开/关） |
| 06 | 0x06 | Write Single Register | 写入单个保持寄存器 |
| 15 | 0x0F | Write Multiple Coils | 写入多个线圈（批量设置继电器状态） |
| 16 | 0x10 | Write Multiple Registers | 写入多个保持寄存器（批量写入） |
| 22 | 0x16 | Mask Write Register | 对保持寄存器进行位掩码写入（按位与/或操作） |
| 23 | 0x17 | Read/Write Multiple Registers | 同时执行读取和写入多个寄存器的复合操作 |
| 24 | 0x18 | Read FIFO Queue | 读取FIFO（先进先出）队列中的数据（特殊设备使用） |
说明
- Modbus TCP 和 RTU 的功能码相同，仅传输格式不同。
2. Modbus Slave
2.1. 界面主要功能介绍
菜单栏Setup -> Slave Definition 包含从机参数设置
其他的化界面基本功能和Modbus Poll差不多
3. Modbus Poll/Slave模拟通信
想要模拟通信的化，首先需要通过vpsd虚拟串口工具，建立两个模拟端口连接
配置好Modbus Poll与Modbus slave，端口、波特率、数据位等基本信息就可以实现数据收发。(需要注意，这里两个工具的Slave ID需要保持一致)
下面是我通过Modbus poll工具Communication Traffic捞回的日志，这里我将地址0的数据从原来的0x01修改位0x00。如果从从从机接收日志，收发关系会对调一下。
# 请求设备地址(0x08)读保持寄存器(0x03)，起始地址(0x0000)，读10个寄存器(0x000a)，CRC校验(c5 54)
Tx:000032-08 03 00 00 00 0A C5 54
# 响应设备地址(0x08)读保持寄存器(0x03)，字节数(0x14，20字节，对应10个16位寄存器，就是每个寄存器用两个八位字节存表示)，数据(第一个寄存器为0x0001，其他为0x0000)，CRC校验(34 a1)
Rx:000033-08 03 14 00 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 34 A1
# 请求设备地址(0x08)写单个寄存器(0x06)，起始入地址(0x0000)，写入值(0x0000)，CRC校验(89 53)
Tx:000034-08 06 00 00 00 00 89 53
# 响应与请求完全相同，表示写入成功确认
Rx:000035-08 06 00 00 00 00 89 53
# 内容同Tx:000032，完成两次定时请求与响应动作
Tx:000036-08 03 00 00 00 0A C5 54
Rx:000037-08 03 14 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 09 5D
Tx:000038-08 03 00 00 00 0A C5 54
Rx:000039-08 03 14 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 09 5D
4. 常见的功能码与响应帧格式
详细请参考Modbus协议“圣经”1
# 03功能码(读取保持寄存器) 相应帧结构
从机地址(1byte)+功能码(1byte)+起始地址(2byte)+要读取的存器数量(2byte)+校验(2byte)
# 03功能码响应帧结构
从机地址(1byte)+功能码(1byte)+字节数(1byte)+寄存器数据(n*2byte)+校验(2byte)
# 06功能码(写入单个保持寄存器) 相应帧结构
从机地址(1byte)+功能码(1byte)+起始地址(2byte)+写入的寄存器值(2byte)+校验(2byte)
# 06功能码响应帧结构
从机地址(1byte)+功能码(1byte)+起始地址(2byte)+写入的寄存器值(2byte)+校验(2byte)
# 16功能码(多寄存器预设) 请求帧结构
从机地址(1byte)+功能码(1byte)+起始地址(2byte)+写入寄存器数量(2byte)+字节数(1byte)+写入值(n*2byte)+校验(2byte)
# 16功能码 响应帧结构
从机地址(1byte)+功能码(1byte)+起始地址(2byte)+成功写入寄存器数量(2byte)+校验(2byte)
注意
- Modbus所有多字节端使用大端序，CRC也同样（高位在前）
- 为什么字节数一字节？而寄存器数量两字节？既然规定了Modbus整个数据帧的最大长度不能超过256字节，为什么寄存器数量不也用1字节表示？
常见问题&解决办法
Pc使用Modbus Slaver模拟从机时，主句发送03功能码从机返回83错误响应
Rx:001616-01 03 00 00 00 1E C5 C2
Tx:001617-01 83 02 C0 F1
错误代码02表示非法数据地址，具体原因是寄存器范围超出限制，主机请求读取从地址0开始的30个保持寄存器(00 00 00 1E)，Modbus Slave软件中可能没有定义足够多的保持寄存器。
解决办法：增加从机软件设置的寄存数量
参考资料
-
MODICON, Inc. (1996). Modbus Protocol PI-MBUS-300.pdf. https://modbus.org/docs/PI_MBUS_300.pdf ↩