2. Modicon 数据对象与地址体系
在 Modicon（现施耐德电气 Modbus 体系）的世界里，上位机要读到一个 PLC 内部变量，必须先回答两个问题：这个变量属于哪一类数据对象？它在协议报文里用什么地址去访问？前者决定语义（是开关量还是数值、是只读还是可写），后者决定报文中的功能码与偏移量。理解这两层映射，是后续用 Modbus 采集数据、排查“读不到/读错位”问题的根基。
四类基本数据对象
Modicon 把可访问的数据按“位/字”和“只读/可读写”两个维度切成四个区，这是整个地址体系的骨架：
- 线圈（Coil，0x 区）：可读可写的单比特输出量，对应 PLC 内部位变量或实际数字量输出（如继电器、指示灯）。上位机可置位/复位。
- 离散输入（Discrete Input，1x 区）：只读单比特输入量，对应实际数字量输入（如按钮、限位开关）。上位机只能读，不能写。
- 输入寄存器（Input Register，3x 区）：只读 16 位字，通常存放模拟量采集值、状态字、只读测量量。
- 保持寄存器（Holding Register，4x 区）：可读可写 16 位字，是最常用的数据区，用于存放设定值、控制字、配方参数、需要下发的数值。
记忆口诀是“0 线圈、1 离散、3 输入、4 保持”，其中 0 和 1 是位对象，3 和 4 是字对象。注意：这里的 0x/1x/3x/4x 是传统 Modicon 参考号，不是报文里真正发送的数值，二者之间还差一次映射。
参考号、协议地址与偏移量
Modbus 报文（PDU）里并不携带“40001”这样的参考号，它只携带功能码 + 起始地址 + 数量。以保持寄存器为例，功能码 0x03（读保持寄存器）的报文地址字段是从 0 开始计数的偏移量。因此存在一条关键换算关系：
保持寄存器：40001 → 偏移 0；40002 → 偏移 1；40100 → 偏移 99
线圈：00001 → 偏移 0；离散输入：10001 → 偏移 0；输入寄存器：30001 → 偏移 0
很多上位机软件（组态王、Kepware、PLC 触摸屏）在界面上让你填“40001”或“4x:1”，内部会自动减 1 再发报文；而有些库（如 pymodbus、libmodbus）直接要求填偏移量 0。这就是“地址差 1”问题最常见的来源——把参考号当偏移量直接发出去，结果整体错位一个寄存器。
地址映射关系图解
下图把四类数据对象、参考号区间、功能码与协议偏移量的对应关系放在一张图里，便于对照查阅：
寻址方式与常见误区
实际工程中，寻址方式取决于上位机/库的约定，常见三种写法：
- 参考号写法：直接写 40001、10001，软件自动换算。组态软件、部分 PLC 编程软件采用这种。
- 区号 + 偏移写法：如 “4x:0” 或 “HR:0”，表示保持寄存器偏移 0，即 40001。Kepware、部分 OPC 服务器采用。
- 纯偏移写法：直接写 0、1、99，配合功能码使用。pymodbus、libmodbus 等代码库采用这种。
最容易踩的坑有三个：其一，把 40001 直接当偏移 0 发送，导致读到的数据整体后移一位；其二，混淆 3x 与 4x，用 0x03 去读输入寄存器，PLC 返回异常码 0x02（非法数据地址）；其三，忽略寄存器数量上限，一次读超过 125 个保持寄存器（0x03 上限）或 2000 个线圈（0x01 上限），PLC 会拒绝或分帧。
数据类型与字节序
四类对象中，位对象直接对应 0/1；字对象是 16 位，但实际工程中常需要 32 位整数、浮点数。此时需要把两个连续寄存器拼起来，并处理字节序。Modbus 标准规定寄存器内高字节在前（大端），但 32 位数据存在四种常见排列：
| 排列方式 | 寄存器顺序 | 字节顺序 | 典型设备 |
|---|---|---|---|
| ABCD | 高字在前 | 高字节在前 | 多数 Modicon/施耐德 |
| CDAB | 低字在前 | 高字节在前 | 部分仪表 |
| BADC | 高字在前 | 低字节在前 | 部分西门子网关 |
| DCBA | 低字在前 | 低字节在前 | 部分国产仪表 |
例如把 40001、40002 拼成 32 位整数，若 40001=0x0001、40002=0x0002，按 ABCD 排列结果为 0x00010002=65538；按 CDAB 排列则为 0x00020001=131073。上位机若字节序设错，读到的数值会完全不对，但寄存器地址本身没错——这是排障时要区分开的两类问题。