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Modbus RTU einfach gemacht mit detaillierten Beschreibungen und Beispielen

Modbus RTU einfach gemacht mit detaillierten Beschreibungen und Beispielen

In diesem Artikel lernen Sie das Modbus-RTU-Protokoll kennen, das im Prozessleitsystem weit verbreitet ist.

Inhalt:

Modbus-RTU-Protokollbeschreibung

Das Modbus-Kommunikationsprotokoll basiert auf einer Master-Slave-Architektur. Es verwendet RS-485-, RS-422- und RS-232-Schnittstellen sowie Ethernet-TCP/IP-Netzwerke (Modbus-TCP-Protokoll) für die Datenübertragung.

Die Modbus-RTU-Nachricht besteht aus der Adresse des SlaveID-Gerätes, dem Funktionscode, den speziellen Daten, abhängig vom Funktionscode und der Prüfsumme (Cyclic Redundancy Check - CRC).

SlaveIDFunction codeSpecial dataCRC

Wenn Sie die SlaveID-Adresse und die CRC-Prüfsumme abtrennen, erhalten Sie die PDU, Protocol Data Unit, die somit aus Function Code unf Special Data besteht.

SlaveID (Lände 1 Byte) ist die Adresse des Geräts, sie kann einen Wert von 0 bis 247 annehmen, Adressen von 248 bis 255 sind reserviert.

Die Daten werden im Modul in 4 Tabellen gespeichert.

Zwei Tabellen sind schreibgeschützt und können nur ausgelesen werden und zwei Tabellen sind Schreib-Lese-Tabellen.

In jede Tabelle kann 9999 Werte umfassen.

Lese-/Schreibzugriff

REGISTERNUMMERREGISTERADRESSE HEXTYPNAMETYP
1-99990000 to 270Elesen-schreibenDiscrete Output CoilsDO
10001-199990000 to 270ElesenDiscrete Input ContactsDI
30001-399990000 to 270ElesenAnalog Input RegistersAI
40001-499990000 to 270Elesen-schreibenAnalog Output Holding RegistersAO

Die Modbus-Nachricht verwendet die Registeradresse.

Zum Beispiel hat das erste Register des AO Holding Register die Nummer 40001, aber seine Adresse ist 0000.

Die Differenz zwischen diesen beiden Größen nennt man "Offset".

Jede Tabelle hat jeweils ihren eigenen Offset: 1, 10001, 30001 und 40001.

Nachfolgend ist ein Beispiel für eine Modbus-RTU-Anforderung zum Erhalten des Analog Input-Werts der Holding-Register aus den Registern Nr. 40108 bis 40110 mit der Adresse des Geräts 17 dargestellt.

11 03 006B 0003 7687

11DIE ADRESSE VON SLAVEID DEVICE (17 = 11 HEX)
03Function Code
006BDie Adresse des ersten Registers (40108-40001 = 107 = 6B hex)
0003Die Anzahl der erforderlichen Register (lesen 3 Register von 40108 bis 40110)
7687CRC Prüfsumme

Als Antwort auf das Modbus-RTU-Slave-Gerät erhalten wir:

11 03 06 AE41 5652 4340 49AD

Die Werte der Analogen I/O Register sind je 16bit groß. Die Anfrage nach den Werten aus den drei Registern erzeugt also eine Antwort, die 6 Bytes lang ist.

11DEVICE ADDRESS (17 = 11 hex)SlaveID
03Function CodeFunktionskode
06Die Anzahl der Antwort-Bytes (6 Bytes folgen)Byte-Anzahl
AEDer Wert des oberen Registerbytes (AE hex)Registerwert Hi (AO0)
41Das niederwertige Byte des Registers (41 hex)Registerwert Lo (AO0)
56Der Wert des oberen Registerbytes (56 hex)Registerwert Hi (AO1)
52Das niederwertige Byte des Registers (52 hex)Registerwert Lo (AO1)
43Der Wert des oberen Registerbytes (43 hex)Registerwert Hi (AO2)
40Das niederwertige Byte des Registers (40 hex)Registerwert Lo (AO2)
49PrüfsummeCRC Wert Hi
ADPrüfsummeCRC Wert Lo

Das analoge Ausgangsregister AO0 hat den Wert AE 41 HEX oder 44609 im Dezimalsystem.

Das Analogausgaberegister AO1 hat den Wert 56 52 HEX oder 22098 im Dezimalsystem.

Das Analogausgaberegister AO2 hat einen Wert von 43 40 HEX oder 17216 im Dezimalsystem.

Der AE 41 HEX-Wert beträgt 16 Bit 1010 1110 0100 0001, kann je nach Darstellung (LSB links oder rechts) auch auf anders aussehen.

Je nach Anwendung können die Werte aber auch anders interpretieren So ergäbe der Wert von Register 40108 in Kombination mit Register 40109 einen 32-Bit-Wert: AE 41 56 52.

Hier einige Beispiele für die Interpretation der Werte der Register 40108 (AE 41) und 40108 in Kombination mit 40109 (AE 41 56 52).

AnsichtstypWertbereichBeispiel in HEXIn Dezimalform
Inhalt des Registers 40108, interpretiert als 16-Bit Ganzzahl ohne Vorzeichen0 bis 65535AE4144,609
Inhalt des Registers 40108, interpretiert als 16-Bit Ganzzahl mit Vorzeichen-32768 bis 32767AE41-20,927
Inhalt des Registers 40108, interpretiert als ASCII-Zeichenkette aus zwei Zeichen2 charAE41® A
diskreter Ein-/Ausgabe-Wert0 und 100010001
Inhalt der Registers 40108 und 40109, interpretiert als 32-Bit Ganzzahl ohne Vorzeichen0 bis 4,294,967,295AE41 56522,923,517,522
Inhalt der Registers 40108 und 40109, interpretiert als 32-Bit Ganzzahl mit Vorzeichen-2,147,483,648 bis 2,147,483,647AE41 5652-1,371,449,774
Inhalt der Registers 40108 und 40109, interpretiert als 32-Bit-IEEE-Gleitkommazahl mit einfacher Genauigkeit1,2·10−38 bis 3,4×10+38AE41 5652-4.395978 E-11
Inhalt der Registers 40108 und 40109, interpretiert als ASCII-Zeichenkette aus vier Zeichen4 charAE41 5652® A V R

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Welche Modbus-RTU-Befehle gibt es?

Hier ist eine Tabelle mit den Codes zum Lesen und Schreiben der Modbus-RTU-Register.

FUNKTIONSKODEWAS DIE FUNKTION TUTWERTTYPZUGRIFFSTYP
01 (0x01)Liest DORead Discrete Output CoilDiskretLesen
02 (0x02)Liest DIRead Discrete Input ContactDiskretLesen
03 (0x03)Liest AORead Analog Output Holding Register16 BitLesen
04 (0x04)Liest AIRead Analog Input Register16 BitLesen
05 (0x05)Schreibt ein DOSetzen einer Discrete Output CoilDiskretSchreiben
06 (0x06)Schreibt ein AOSetzen eines Analog Output Holding Registers16 BitSchreiben
15 (0x0F)Aufzeichnung mehrerer DOsSetzen mehrerer Discrete Output CoilDiskretSchreiben
16 (0x10)Aufzeichnung mehrerer AOsSetzen mehrerer Analog Output Holding Registers16 BitSchreiben

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Wie kann ich einen Modbus-RTU-Befehl zum Lesen einer diskreten Ausgabe senden? Befehl 0x01

Dieser Befehl dient zum Lesen der Werte der DO-Digitalausgänge.

Die PDU-Anfrage spezifiziert die Startadresse des ersten auszulesenden DO-Registers sowie die Gesamtanzahl der auszulesenden DO-Werte. In der PDU werden die DO-Werte von Null beginnend adressiert.

In der Antwort werden die DO-Werte zu Bytes zusammengefasst, deren Bits den ausgelesenen Werten entsprechen.

Die Bitwerte sind als 1 = EIN und 0 = AUS definiert.

Das LSB (Least Significant Bit) des ersten Datenbytes enthält den DO-Wert, dessen Adresse in der Anforderung angegeben wurde. Die restlichen Bits werden aufsteigend mit den nächsten ausgelesenen Werten besetzt.

Wenn weniger als acht DO-Werte angefordert wurden, werden die verbleibenden Bits in der Antwort mit Nullen aufgefüllt (in der Richtung vom LSB zum MSB). Der Byte Count in der Antwort, wie viele Datenbytes übermittelt werden.

Beispiel für eine DO-Abfrage von Register 20 bis 56 des Gerätes mit SlaveID-Adresse 17: Die Adresse des ersten Registers ist dabei 0013 hex = 19 sein, da die Register ab Adresse 0 gezählt werden (0014 hex = 20, -1 Nullpunktverschiebung = wir erhalten 0013 hex = 19). Wir erwarten als Antwort 37 bits, was 5 Bytes entspricht (leere bits werden mit Nullen aufgwefüllt

BYTEANFRAGEBYTEANTWORT
(Hex)Feldname(Hex)Feldname
11Geräteadresse11Geräteadresse
01Funktionaler Code01Funktionaler Code
00Adresse des ersten Registers Hi Bytes05Anzahl der Antwortbytes
13Adresse des ersten Registers Lo BytesCDRegisterwert DO 27-20 (1100 1101)
00Anzahl der Register Hi Bytes6BRegisterwert DO 35-28 (0110 1011)
25Anzahl der Register Lo BytesB2Registerwert DO 43-36 (1011 0010)
0EPrüfsumme CRC0ERegisterwert DO 51-44 (0000 1110)
84Prüfsumme CRC1BRegisterwert DO 56-52 (0001 1011)
45Prüfsumme CRC
E6Prüfsumme CRC

Die Ausgabezustände von DO 27-20 werden als die Werte des Bytes CD hex oder im Binärsystem 1100 1101 angezeigt.

Im Register DO 56-52 wurden 5 Bits auf der rechten Seite angefordert, und die restlichen Bits sind bis zum vollen Byte (0001 1011) mit Nullen aufgefüllt.

Kanäle---DO 56DO 55DO 54DO 53DO 52
Bits00011011
Hex1B

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Wie kann ich einen Modbus-RTU-Befehl senden, um einen digitalen Eingang zu lesen? Befehl 0x02

Dieser Befehl wird zum Lesen der Werte der digitalen Eingänge DI verwendet.

Beispiel für eine DI-Anforderung aus den Registern von 10197 bis 10218 des Gerätes mit der SlaveID-Adresse 17. Die Adresse des ersten Registers wird 00C4 hex = 196 sein, da die Register ab Adresse 0 gezählt werden. Über den Befehl (DI auslesen) ist ersichtlich, welcher Offset zu wählen ist.

BYTEANFRAGEBYTEANTWORT
(Hex)Feldname(Hex)Feldname
11Geräteadresse11Geräteadresse
02Funktionaler Code02Funktionaler Code
00Adresse des ersten Registers Hi Bytes03Anzahl der Antwortbytes
C4Adresse des ersten Registers Lo BytesACRegisterwert DI 10204-10197 (1010 1100)
00Anzahl der Register Hi BytesDBRegisterwert DI 10212-10205 (1101 1011)
16Anzahl der Register Lo Bytes35Registerwert DI 10218-10213 (0011 0101)
BAPrüfsumme CRC20Prüfsumme CRC
A9Prüfsumme CRC18Prüfsumme CRC

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Wie kann ich einen Modbus-RTU-Befehl zum Lesen der Analogausgabe senden? Befehl 0x03

Dieser Befehl dient zum Lesen der Werte der Analogausgänge AO.

Beispiel für eine AO-Anforderung aus den Registern von 40108 bis 40110 für das Gerät mit der SlaveID 17. Die Adresse des ersten Registers wird 006B hex = 107 sein, da die Register ab Adresse 0 gezählt werden. Über den Befehl (AO auslesen) ist ersichtlich, welcher Offset zu wählen ist.

BYTEANFRAGEBYTEANTWORT
(Hex)Feldname(Hex)Feldname
11Geräteadresse11Geräteadresse
03Funktionaler Code03Funktionaler Code
00Adresse des ersten Registers Hi Bytes06Anzahl der Antwortbytes bei 16bit pro Wert)
6BAdresse des ersten Registers Lo BytesAERegisterwert Hi #40108
00Anzahl der Register Hi Bytes41Registerwert Lo #40108
03Anzahl der Register Lo Bytes56Registerwert Hi #40109
76Prüfsumme CRC52Registerwert Lo #40109
87Prüfsumme CRC43Registerwert Hi #40110
40Registerwert Lo #40110
49Prüfsumme CRC
ADPrüfsumme CRC

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Wie kann ich einen Modbus-RTU-Befehl senden, um den Analogeingang zu lesen? Befehl 0x04

Dieser Befehl wird zum Lesen der Werte der Analogeingänge AI verwendet.

Beispiel für eine AI-Anforderung aus dem Register # 30009 für das Gerät der SlaveID 17. Die Adresse des ersten Registers ist 0008 hex = 8, da die Register ab Adresse 0 gezählt werden. Über den Befehl (AI auslesen) ist ersichtlich, welcher Offset zu wählen ist.

BYTEANFRAGEBYTEANTWORT
(Hex)Feldname(Hex)Feldname
11Geräteadresse11Geräteadresse
04Funktionaler Code04Funktionaler Code
00Adresse des ersten Registers Hi Bytes02Anzahl der Antwortbytes
08Adresse des ersten Registers Lo Bytes00Registerwert Hi #30009
00Anzahl der Register Hi Bytes0ARegisterwert Lo #30009
01Anzahl der Register Lo BytesF8Prüfsumme CRC
B2Prüfsumme CRCF4Prüfsumme CRC
98Prüfsumme CRC

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Wie kann ich einen Modbus-RTU-Befehl senden, um den Wert eines digitalen Ausgangs zu setzen? Befehl 0x05

Mit diesem Befehl wird ein Wert des digitalen DO-Ausgangs gesetzt.

Der Wert von FF 00 hex setzt den Ausgang auf ON.

Der Wert 00 00 hex setzt den Ausgang auf OFF.

Alle anderen Werte sind ungültig und werden ignoriert (Ausgabewert bleibt unverändert).

Die normale Antwort auf eine solche Anforderung ist ein Echo (eine Wiederholungsanforderung), das nach Setzen des DO-Zustands zurückgegeben wird.

Beispiel für das Setzen eines DO-Wertes (ON) im Register Nr. 173 des Gerätes mit der SlaveID 17. Die Adresse des Registers ist 00AC hex = 172, da die Register ab Adresse 0 gezählt werden. Über den Befehl (DO setzen) ist ersichtlich, welcher Offset zu wählen ist.

BYTEANFRAGEBYTEANTWORT
(Hex)Feldname(Hex)Feldname
11Geräteadresse11Geräteadresse
05Funktionaler Code05Funktionaler Code
00Adresse des ersten Registers Hi Bytes00Adresse des ersten Registers Hi Bytes
ACAdresse des ersten Registers Lo BytesACAdresse des ersten Registers Lo Bytes
FFWert der Hi BytesFFWert der Hi Bytes
00Wert der Lo Bytes00Wert der Lo Bytes
4EPrüfsumme CRC4EPrüfsumme CRC
8BPrüfsumme CRC8BPrüfsumme CRC

In der Anfrage wird bestimmt, dass der Wert auf ON (FF 00) gesetzt werden soll. In der Antwort wird bestätigt, dass dieser jetzt auf ON (FF 00) steht, ungeachtet dessen, welchen Wert (ON oder OFF) er vorher hatte.

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Wie kann ich einen Modbus-RTU-Befehl senden, um den Wert eines analogen Outputs zu setzen? Befehl 0x06

Mit diesem Befehl wird ein Wert des Analogausgangs AO gesetzt.

Beispiel für das Setzen eines AO-Wertes im Register Nr. 40002 des Gerätes mit der SlaveID 17. Die Adresse des Registers ist 0001 hex = 1, da die Register ab Adresse 0 gezählt werden. Über den Befehl (AO setzen) ist ersichtlich, welcher Offset zu wählen ist.

Wie beim Setzen eines DO-Wertes, ist auch hier die normale Antwort auf eine solche Anforderung ein Echo (eine Wiederholungsanforderung), das nach Setzen des AO-Wertes zur Bestätigung zurückgegeben wird.

BYTEANFRAGEBYTEANTWORT
(Hex)Feldname(Hex)Feldname
11Geräteadresse11Geräteadresse
06Funktionaler Code06Funktionaler Code
00Adresse des ersten Registers Hi Bytes00Adresse des ersten Registers Hi Bytes
01Adresse des ersten Registers Lo Bytes01Adresse des ersten Registers Lo Bytes
00Wert der Hi Bytes00Wert der Hi Bytes
03Wert der Lo Bytes03Wert der Lo Bytes
9APrüfsumme CRC9APrüfsumme CRC
9BPrüfsumme CRC9BPrüfsumme CRC

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Wie kann ich einen Modbus-RTU-Befehl senden, um mehrere diskrete Ausgänge zu setzen? Befehl 0x0F

Dieser Befehl wird verwendet, um mehrere Werte des Digitalausgangs DO auf einmal zu setzen.

Ein Beispiel für das Schreiben in mehrere digitale Ausgänge mit den Registeradressen 20 bis 29 für das Gerät mit der SlaveID 17. Die Adresse des ersten Registers lautet 0013 hex = 19, da die Adressen ab 0 gezählt werden. Die Werte (ein Bit pro Ausgang) werden zu Bytes zusammengefasst und bei Bedarf mit Nullen aufgefüllt. In unserem Beispiel wären das zwei Bytes, 1100 1101 für die Register 27-20 und 0000 0001 für die Register 29 bis 28, wobei Register 29 mit der 1 und 28 mit der 0 beschrieben wird. Die restlichen sechs Bits werden mit Nullen aufgefüllt.

BYTEANFRAGEBYTEANTWORT
(Hex)Feldname(Hex)Feldname
11Geräteadresse11Geräteadresse
0FFunktionaler Code0FFunktionaler Code
00Adresse des ersten Registers Hi Bytes00Adresse des ersten Registers Hi Bytes
13Adresse des ersten Registers Lo Bytes13Adresse des ersten Registers Lo Bytes
00Anzahl der zu beschreibenden Register Hi Bytes00Anzahl der gesetzten Register Hi Bytes
0AAnzahl der zu beschreibenden Register Lo Bytes0AAnzahl der gesetzten Register Lo Bytes
02Anzahl der Bytes, die die zu setzenden Werte enthalten26Prüfsumme CRC
CDWert des Bytes für die Register 27-20 (1100 1101)99Prüfsumme CRC
01Wert des Bytes für die Register 29-28 (0000 0001)
BFPrüfsumme CRC
0BPrüfsumme CRC

Die Antwort gibt die Anzahl der gesetzten Register zurück.

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Wie kann ich einen Modbus-RTU-Befehl senden, um mehrere analoge Ausgänge zu setzen? Befehl 0x10

Dieser Befehl wird verwendet um mehrere Werte im Analogen Ausgangsregister AO zu setzen.

Ein Beispiel für das Schreiben zweier Werte ins Register des Analogausgangs an die Registeradressen Nr. 40002 und 40003 für das Gerät mit der SlaveID 17. Die Adresse des ersten Registers lautet 0001 hex = 1, da die Adressen ab 0 gezählt werden.

Als Antwort wird die Anzahl der durch den Befehl beschriebenen Register zurückgegeben.

BYTEANFRAGEBYTEANTWORT
(Hex)Feldname(Hex)Feldname
11Geräteadresse11Geräteadresse
10Funktionaler Code10Funktionaler Code
00Adresse des ersten Registers Hi Bytes00Adresse des ersten Registers Hi Bytes
01Adresse des ersten Registers Lo Bytes01Adresse des ersten Registers Lo Bytes
00Anzahl der Register Hi Bytes00Anzahl der aufgezeichneten Register Hi Bytes
02Anzahl der Register Lo Bytes02Anzahl der aufgezeichneten Register Lo Bytes
04Anzahl der Bytes, die gesetzt werden sollen. Hier: 2 Werte mit je 16bit.12Prüfsumme CRC
00Wert Hi 4000298Prüfsumme CRC
0AWert Lo 40002
01Wert Hi 40003
02Wert Lo 40003
C6Prüfsumme CRC
F0Prüfsumme CRC

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Welche Fehlercodes einer nicht ausführbaren Modbus-Anfrage gibt es?

Wenn das Gerät eine Anforderung empfängt, die Anforderung aber nicht verarbeitet werden kann, antwortet das Gerät mit einem geänderten Funktionscode, der angibt, dass die Anfrage nicht bearbeitet werden konnte, und einem Fehlercode, der den Grund dafür nennt.

Die Antwort wiederholt dabei das Bitmuster des Funktionscodes, setzt das Most Significant Bit (MSB) aber auf 1.

Beispiele dazu:

Funktionscode aus der AnfrageGeänderter Funktionscode als Antwort
01 (01 hex) 0000 0001
(Lies digitalen Ausgang!)
129 (81 hex) 1000 0001
(Konnte digitalen Ausgang nicht lesen.)
02 (02 hex) 0000 0010
(Lies digitalen Eingang!)
130 (82 hex) 1000 0010
(Konnte digitalen Eingang nicht lesen.)
03 (03 hex) 0000 0011
(Lies analogen Ausgang!)
131 (83 hex) 1000 0011
(Konnte analogen Ausgang nicht lesen.)
04 (04 hex) 0000 0100
(Lies analogen Eingang!)
132 (84 hex) 1000 0100
(Konnte analogen Eingang nicht lesen.)
05 (05 hex) 0000 0101
(Setze einen digitalen Ausgang!)
133 (85 hex) 1000 0101
(Konnte den digitalen Ausgang nicht setzen.)
06 (06 hex) 0000 0110
(Setze einen analogen Ausgang!)
134 (86 hex) 1000 0110
(Konnte den Analogen Ausgang nicht setzen.)
15 (0F hex) 0000 1111
(Setze mehrere digitale Ausgänge!)
143 (8F hex) 1000 1111
(Beim Setzen der digitalen Ausgänge ist ein Fehler aufgetreten.)
16 (10 hex) 0001 0000
(Setze mehrere analoge Ausgänge!)
144 (90 hex) 1001 0000
(Beim Setzen der analogen Ausgänge ist ein Fehler aufgetreten.)

Beispiel für eine Anfrage und Antwort mit Fehler:

BYTEANFRAGEBYTEANTWORT
(Hex)Feldname(Hex)Feldname
0AGeräteadresse0AGeräteadresse
01Funktionaler Code
(Lies digitalen Ausgang!)
81Funktionscode mit geändertem Bit
04Adresse des ersten Registers Hi Bytes02Fehlercode (s.u.)
A1Adresse des ersten Registers Lo BytesB0Prüfsumme CRC
00Anzahl der Register Hi Bytes53Prüfsumme CRC
01Anzahl der Register Lo Bytes
ACPrüfsumme CRC
63Prüfsumme CRC

Erläuterung der Fehlercodes

01Unbekannter Funktionscode.
02Die in der Anfrage angegebene Registeradresse ist nicht verfügbar.
03Der im Abfragedatenfeld enthaltene Wert ist ein ungültiger Wert.
04Ein nicht behebbarer Fehler trat auf, während der Slave versuchte, die angeforderte Aktion auszuführen.
05Der Slave hat die Anfrage angenommen und bearbeitet sie, aber es dauert lange. Diese Antwort verhindert, dass der Host einen Zeitüberschreitungsfehler erzeugt.
06Der Slave ist mit der Verarbeitung eines Befehls beschäftigt. Der Master muss die Nachricht später wiederholen, wenn der Slave freigegeben wird.
07Der Slave kann die in der Anforderung angegebene Programmfunktion nicht ausführen. Dieser Code wird bei einer erfolglosen Programmanforderung mit Funktionen mit den Nummern 13 oder 14 zurückgegeben. Der Master muss Diagnoseinformationen oder Fehlerinformationen vom Slave anfordern.
08Der Slave hat beim Lesen des Erweiterungsspeichers einen Paritätsfehler festgestellt. Der Master kann die Anforderung wiederholen, aber normalerweise sind in solchen Fällen Reparaturen erforderlich.

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Programme für die Arbeit mit dem Modbus-RTU-Protokoll

Im Folgenden sind die Programme aufgeführt, die die Arbeit mit Modbus erleichtern.

DCON Utility Pro mit Unterstützung für Modbus RTU, ASCII, DCON. Herunterladen

Modbus Master Tool mit Unterstützung für Modbus RTU, ASCII, TCP. Herunterladen

Modbus TCP client mit Modbus-TCP-Unterstützung. Herunterladen

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Modelle aus unserem Katalog, die Modbus RTU unterstützen

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04:25 15.08.2020