ModbusTCP通讯错误的排查

Modbus是一种由MODICON公司开发的工业现场总线协议标准，是一项应用层报文传输协议。该协议用于传输数字和模拟变量[1]。有关该协议的报文具体格式，以及一些基本概念，见[1]。

本文以一个例子，阐述当ModbusTCP通讯出现错误的时候，排查错误的方式。

一、例子说明

这里将Arduino Opta PLC作为ModbusTCP从站。Arduino Opta PLC运行时，默认开启了Modbus TCP从站功能[2]。其设置的方式见[2]。这里，Arduino Opta PLC的网络设置如下：

// shared variables can be accessed with PLCIn.varname and PLCOut.varnamevoid setup()
{// Configure static IP addressIPAddress ip(192, 168, 1, 90); //so ip is 192.168.1.90IPAddress dns(192, 168, 1, 1);IPAddress gateway(192, 168, 1, 1);IPAddress subnet(255, 255, 255, 0);// If cable is not connected this will block the start of PLC with about 60s of timeout!Ethernet.begin(ip, dns, gateway, subnet);}void loop()
{}

而笔记本电脑作为ModbusTCP主站，IP设置如下：

笔记本电脑和PLC通过RJ45网线连接。

在Arduino Opta PLC上，ModbusTCP从站的离散输入（discrete input）和线圈（coil）已有内置的变量和它们对应[2]。

而输入寄存器（Input register）对应的变量在Status variable中

保持寄存器（Holding register）对应的变量在Parameters中

二、错误分析和修正

现在，使用电脑上的ModbusClientX软件作为主站和PLC进行通讯。该软件在[3]可下载。

在这里输入Modbus从站，即Arduino Opta PLC的ip地址和端口，点击Connect即可完成连接

目前连接成功，但当尝试点击“Read from 0 to 9”读取数据时，出现了如下错误：

对于ModbusTCP方面的错误，建议从Modbus的报文入手，即通过网络调试助手，通过TCP/IP协议连接ModbusTCP从站的PLC，发送报文，观察返回的报文。这里推荐NetAssist软件[4]。

根据[1]中的提示，要读取从地址0开始的10个离散输入，应当发送的报文是“00 01 00 00 00 06 01 02 00 00 00 12”。所以将这句报文键入NetAssist。

（一）报文形式

返回的信息是报错信息。经分析，发现刚才发送的信息没有以16进制解读，而是以ASCII码解读，导致Modbus从站接收了错误信息。故将发送设置里由ASCII改为HEX。使用NetAssist或其它网络调试助手时，要注意发送报文是16进制报文还是ASCII字符串，这两者是完全不同的。

（二）从站设备号

很遗憾，还是出现了错误的返回。通过阅读[2]中的内容，主要是Modbus TCP Client Opta™那一节，发现ModbusTCP从站设备除了有IP地址和端口外，还有设备号，通常在1和255之间，Arduino Opta PLC设备的ModbusTCP从站设备号是255。

在ModbusTCP报文中，报文头MBAP中的最后一个字节是设备号[1]，对于该PLC而言是16进制的FF，即255。

所以报文内容应为“00 01 00 00 00 06 FF 02 00 00 00 12”

第三行是返回的值。除MBAP报文头外，信息从02开始，02表示功能码，03表示数据长度为3个字节，之后的00 00代表数据均为0。

在写有Button Inputs Mapping的图中，可见一个叫btn的变量代表了PLC上的一个按钮是否按下，且它对应了ModbusTCP的一个离散输入。当按下按钮后，btn值会变1。

此时，从地址01开始，读取8个离散输入，得到以下结果：

返回的报文中，最后的3个字节，02表示功能码，01表示1个字节，08是数据，对应得2进制是00001000，也就是说第4个离散量输入是1，其余是0。

同样的，PLC的指示灯输出也有ModbusTCP的线圈和它们对应。可参见带有“LED outputs mapping"的图。

现在，用写线圈的报文，把LED灯的变量设为1。这里写在地址0x05

（三）寄存器地址的偏移

关于输入寄存器，在Status variables图中可知，在地址0x6001有一个叫做cnt的变量。所以，现在用读取输入寄存器的报文读出该变量。

从回复中可看出，数据未能读取，出现错误。原因在于寄存器地址的偏移。在Arduino Opta PLC中，地址为0x6001的变量，在ModbusTCP的输入寄存器中，实际地址为0x6000。

读出的数据为0xD82A，在十进制中为-10198。

不同的PLC会有不同的偏移量，有的PLC无偏移量，有的PLC会有1个偏移量，或者其它情况。建议尝试不同的地址找到偏移规律。

同样的，若要写入保持寄存器，即Parameters，也可用ModbusTCP报文。这里将位于0x4001的parameter写为0x32F1，即13041。

该变量被写入。位于0x4001的变量，在保持寄存器中的地址也是0x4000。

三、小结

总之，对于ModbusTCP通信中出现的错误，建议通过NetAssist等网络调试软件研究具体的报文，发现错误。首先要确保报文是HEX即16进制格式；另外，要注意ModbusTCP的从站除了IP地址和端口号外，还有设备号，不一定为1；对于寄存器，也包括离散输入和线圈，要考虑不同的PLC可能的地址偏移，即设备内存地址和ModbusTCP地址之间的偏移。