C#ModBus Tcp Master的实现(1)

Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准（De facto），并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。

所以这也是我们工控领域软件开发的所必懂的通讯协议,我也是初次学习,先贴上我的学习笔记

一 .协议概述

(1)Modbus协议是应用于控制器上的一种通用语言,实现控制器之间,控制器通过网络和其他设备之间的通信,支持传统RS232/RS422/RS485和以太网设备,它已经成为一种通用的工业标准,有了它不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中控制,此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构

(2) 如果按照国际 ISO/OSI 的 7 层网络模型来说，标准 MODBUS 协议定义了通信物理层、链路层及应用层；

物理层：定义了基于 RS232 和 RS485 的异步串行通信规范；

链路层：规定了基于站号识别、主 / 从方式的介质访问控制；

应用层：规定了信息规范（或报文格式）及通信服务功能；

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二. 协议要点

(1) MODBUS 是主 / 从通信协议。主站主动发送报文 , 只有与主站发送报文中呼叫地址相同的从站才向主站发送回答报文。

(2) 报文以 0 地址发送时为广播模式，无需从站应答，可作为广播报文发送，包括：

　　①修改线圈状态；

　　②修改寄存器内容；

　　③强置多线圈；

　　④预置多寄存器；

　　⑤询问诊断；

(3) MODBUS 规定了 2 种字符传输模式： ASCII 模式、 RTU （二进制）模式；两种传输模式不能混用；

(4) 传输错误校验

　　传输错误校验有奇偶校验、冗余校验检验。

　　当校验出错时，报文处理停止，从机不再继续通信，不对此报文产生应答；

　　通信错误一旦发生，报文便被视为不可靠； MODBUS 主机在一定时间过后仍未收到从站应答，即作出“通信错误已发生”的判断。

(5) 报文级（字符级）采用 CRC-16 （循环冗余错误校验）

(6) MODBUS 报文 RTU 格式

三. 异常应答

(1) 从机接收到的主机报文，没有传输错误，但从机无法正确执行主机命令或无法作出正确应答，从机将以“异常应答”回答之。

(2) 异常应答报文格式

例：主机发请求报文，功能码 01 ：读 1 个 04A1 线圈值

　　由于从机最高线圈地址为 0400 ，则 04A1 超地址上限，从机作出异常应答如下（注意：功能码最高位置 1 ）：

(3)异常应答码

四. 寄存器和功能码

modbus的功能码很多,且不同功能码对应的报文也不一致,后续博客我会借用开源库实现一个modbus master 测试功能码解析报文

下边我用表格总结一下寄存器,功能码,报文格式

注:

(1)报文中的所有字节均为16进制

(2)由上图我们总结出不同的功能码的报文(无论询问报文还是响应报文)前8个字节都是一致的都是2字节消息号+2字节ModBus标识+2字节长度+1字节站号+1字节功能码后边根据功能码不同而不同

(3)报文中,指定线圈通断标志 FF00 置线圈为ON 0000置线圈为OFF

五.具体实现

接下来我们使用开源库NModbus库,来实现一个Modbus master

创建工程,从NuGet管理器安装NModbusu

先简单介绍一下NModbus中的几个重要方法

接下来做具体实现

  1 using System;
  2 using System.Collections.Generic;
  3 using System.ComponentModel;
  4 using System.Data;
  5 using System.Drawing;
  6 using System.Linq;
  7 using System.Text;
  8 using System.Threading.Tasks;
  9 using System.Windows.Forms;
 10 using NModbus;
 11 using System.Net.Sockets;
 12 using System.Threading;
 13 
 14 namespace ModbusTcp
 15 {
 16     public partial class Form1 : Form
 17     {
 18 
 19         private static ModbusFactory modbusFactory;
 20         private static IModbusMaster master;
 21         //写线圈或写寄存器数组
 22         bool[] coilsBuffer;
 23         ushort[] registerBuffer;
 24         //功能码
 25         string functionCode;
 26         //参数(分别为站号,起始地址,长度)
 27         byte slaveAddress;
 28         ushort startAddress;
 29         ushort numberOfPoints;
 30 
 31         public Form1()
 32         {
 33             InitializeComponent();
 34 
 35         }
 36         private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
 37         {
 38             //初始化modbusmaster
 39             modbusFactory = new ModbusFactory();
 40             //在本地测试 所以使用回环地址,modbus协议规定端口号 502
 41             master = modbusFactory.CreateMaster(new TcpClient("127.0.0.1", 502));
 42             //设置读取超时时间
 43             master.Transport.ReadTimeout = 2000;
 44             master.Transport.Retries = 2000;
 45             groupBox1.Enabled = false;
 46             groupBox2.Enabled = false;
 47         }
 48         /// <summary>
 49         /// 读/写
 50         /// </summary>
 51         /// <param name="sender"></param>
 52         /// <param name="e"></param>
 53         private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
 54         {
 55             ExecuteFunction();
 56         }
 57 
 58         private async void ExecuteFunction()
 59         {
 60             try
 61             {
 62                 if (functionCode != null)
 63                 {
 64                     switch (functionCode)
 65                     {
 66                         case "01 Read Coils"://读取单个线圈
 67                             SetReadParameters();
 68                             coilsBuffer = master.ReadCoils(slaveAddress, startAddress, numberOfPoints);
 69 
 70                             for (int i = 0; i < coilsBuffer.Length; i++)
 71                             {
 72                                 SetMsg(coilsBuffer[i] + "");
 73                             }
 74                             break;
 75                         case "02 Read DisCrete Inputs"://读取输入线圈/离散量线圈
 76                             SetReadParameters();
 77 
 78                             coilsBuffer = master.ReadInputs(slaveAddress, startAddress, numberOfPoints);
 79                             for (int i = 0; i < coilsBuffer.Length; i++)
 80                             {
 81                                 SetMsg(coilsBuffer[i] + "");
 82                             }
 83                             break;
 84                         case "03 Read Holding Registers"://读取保持寄存器
 85                             SetReadParameters();
 86                             registerBuffer = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddress, startAddress, numberOfPoints);
 87                             for (int i = 0; i < registerBuffer.Length; i++)
 88                             {
 89                                 SetMsg(registerBuffer[i] + "");
 90                             }
 91                             break;
 92                         case "04 Read Input Registers"://读取输入寄存器
 93                             SetReadParameters();
 94                             registerBuffer = master.ReadInputRegisters(slaveAddress, startAddress, numberOfPoints);
 95                             for (int i = 0; i < registerBuffer.Length; i++)
 96                             {
 97                                 SetMsg(registerBuffer[i] + "");
 98                             }
 99                             break;
100                         case "05 Write Single Coil"://写单个线圈
101                             SetWriteParametes();
102                             await master.WriteSingleCoilAsync(slaveAddress, startAddress, coilsBuffer[0]);
103                             break;
104                         case "06 Write Single Registers"://写单个输入线圈/离散量线圈
105                             SetWriteParametes();
106                             await master.WriteSingleRegisterAsync(slaveAddress, startAddress, registerBuffer[0]);
107                             break;
108                         case "0F Write Multiple Coils"://写一组线圈
109                             SetWriteParametes();
110                             await master.WriteMultipleCoilsAsync(slaveAddress, startAddress, coilsBuffer);
111                             break;
112                         case "10 Write Multiple Registers"://写一组保持寄存器
113                             SetWriteParametes();
114                             await master.WriteMultipleRegistersAsync(slaveAddress, startAddress, registerBuffer);
115                             break;
116                         default:
117                             break;
118                     }
119                 }
120                 else
121                 {
122                     MessageBox.Show("请选择功能码!");
123                 }
124             }
125             catch (Exception ex)
126             {
127 
128                 MessageBox.Show(ex.Message);
129             }
130         }
131         private void comboBox1_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e)
132         {
133             if (comboBox1.SelectedIndex >= 4)
134             {
135                 groupBox2.Enabled = true;
136                 groupBox1.Enabled = false;
137             }
138             else
139             {
140                 groupBox1.Enabled = true;
141                 groupBox2.Enabled = false;
142             }
143             comboBox1.Invoke(new Action(() => { functionCode = comboBox1.SelectedItem.ToString(); }));
144         }
145 
146         /// <summary>
147         /// 初始化读参数
148         /// </summary>
149         private void SetReadParameters()
150         {
151             if (txt_startAddr1.Text == "" || txt_slave1.Text == "" || txt_length.Text == "")
152             {
153                 MessageBox.Show("请填写读参数!");
154             }
155             else
156             {
157                 slaveAddress = byte.Parse(txt_slave1.Text);
158                 startAddress = ushort.Parse(txt_startAddr1.Text);
159                 numberOfPoints = ushort.Parse(txt_length.Text);
160             }
161         }
162         /// <summary>
163         /// 初始化写参数
164         /// </summary>
165         private void SetWriteParametes()
166         {
167             if (txt_startAddr2.Text == "" || txt_slave2.Text == "" || txt_data.Text == "")
168             {
169                 MessageBox.Show("请填写写参数!");
170             }
171             else
172             {
173                 slaveAddress = byte.Parse(txt_slave2.Text);
174                 startAddress = ushort.Parse(txt_startAddr2.Text);
175                 //判断是否写线圈
176                 if (comboBox1.SelectedIndex == 4 || comboBox1.SelectedIndex == 6)
177                 {
178                     string[] strarr = txt_data.Text.Split(' ');
179                     coilsBuffer = new bool[strarr.Length];
180                     //转化为bool数组
181                     for (int i = 0; i < strarr.Length; i++)
182                     {
183                         // strarr[i] == "0" ? coilsBuffer[i] = true : coilsBuffer[i] = false;
184                         if (strarr[i] == "0")
185                         {
186                             coilsBuffer[i] = false;
187                         }
188                         else
189                         {
190                             coilsBuffer[i] = true;
191                         }
192                     }
193                 }
194                 else
195                 {
196                     //转化ushort数组
197                     string[] strarr = txt_data.Text.Split(' ');
198                     registerBuffer = new ushort[strarr.Length];
199                     for (int i = 0; i < strarr.Length; i++)
200                     {
201                         registerBuffer[i] = ushort.Parse(strarr[i]);
202                     }
203                 }
204             }
205         }
206         /// <summary>
207         /// 清除文本
208         /// </summary>
209         /// <param name="sender"></param>
210         /// <param name="e"></param>
211         private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
212         {
213             richTextBox1.Clear();
214         }
215         /// <summary>
216         /// SetMessage
217         /// </summary>
218         /// <param name="msg"></param>
219         public void SetMsg(string msg)
220         {
221             richTextBox1.Invoke(new Action(() => { richTextBox1.AppendText(msg + "\r\n"); }));
222         }
223 
224     }
225 }