C#ModBus Tcp Master的實現(1)_ZenDei技術網路在線

Modbus已經成為工業領域通信協議的業界標準（De facto），並且現在是工業電子設備之間常用的連接方式。所以這也是我們工控領域軟體開發的所必懂的通訊協議,我也是初次學習,先貼上我的學習筆記一 .協議概述 (1)Modbus協議是應用於控制器上的一種通用語言,實現控制器之間,控制器通過網路和 ...

Modbus已經成為工業領域通信協議的業界標準（De facto），並且現在是工業電子設備之間常用的連接方式。

所以這也是我們工控領域軟體開發的所必懂的通訊協議,我也是初次學習,先貼上我的學習筆記

一 .協議概述

(1)Modbus協議是應用於控制器上的一種通用語言,實現控制器之間,控制器通過網路和其他設備之間的通信,支持傳統RS232/RS422/RS485和乙太網設備,它已經成為一種通用的工業標準,有了它不同廠商生產的控制設備可以連成工業網路,進行集中控制,此協議定義了一個控制器能認識使用的消息結構

(2) 如果按照國際 ISO/OSI 的 7 層網路模型來說，標準 MODBUS 協議定義了通信物理層、鏈路層及應用層；

物理層：定義了基於 RS232 和 RS485 的非同步串列通信規範；

鏈路層：規定了基於站號識別、主 / 從方式的介質訪問控制；

應用層：規定了信息規範（或報文格式）及通信服務功能；

二. 協議要點

(1) MODBUS 是主 / 從通信協議。主站主動發送報文 , 只有與主站發送報文中呼叫地址相同的從站才向主站發送回答報文。

(2) 報文以 0 地址發送時為廣播模式，無需從站應答，可作為廣播報文發送，包括：

　　①修改線圈狀態；

　　②修改寄存器內容；

　　③強置多線圈；

　　④預置多寄存器；

　　⑤詢問診斷；

(3) MODBUS 規定了 2 種字元傳輸模式： ASCII 模式、 RTU （二進位）模式；兩種傳輸模式不能混用；

(4) 傳輸錯誤校驗

　　傳輸錯誤校驗有奇偶校驗、冗餘校驗檢驗。

　　當校驗出錯時，報文處理停止，從機不再繼續通信，不對此報文產生應答；

　　通信錯誤一旦發生，報文便被視為不可靠； MODBUS 主機在一定時間過後仍未收到從站應答，即作出“通信錯誤已發生”的判斷。

(5) 報文級（字元級）採用 CRC-16 （迴圈冗餘錯誤校驗）

(6) MODBUS 報文 RTU 格式

三. 異常應答

(1) 從機接收到的主機報文，沒有傳輸錯誤，但從機無法正確執行主機命令或無法作出正確應答，從機將以“異常應答”回答之。

(2) 異常應答報文格式

例：主機發請求報文，功能碼 01 ：讀 1 個 04A1 線圈值

　　由於從機最高線圈地址為 0400 ，則 04A1 超地址上限，從機作出異常應答如下（註意：功能碼最高位置 1 ）：

(3)異常應答碼

四. 寄存器和功能碼

modbus的功能碼很多,且不同功能碼對應的報文也不一致,後續博客我會借用開源庫實現一個modbus master 測試功能碼解析報文

下邊我用表格總結一下寄存器,功能碼,報文格式

註:

(1)報文中的所有位元組均為16進位

(2)由上圖我們總結出不同的功能碼的報文(無論詢問報文還是響應報文)前8個位元組都是一致的都是2位元組消息號+2位元組ModBus標識+2位元組長度+1位元組站號+1位元組功能碼後邊根據功能碼不同而不同

(3)報文中,指定線圈通斷標誌 FF00 置線圈為ON 0000置線圈為OFF

五.具體實現

接下來我們使用開源庫NModbus庫,來實現一個Modbus master

創建工程,從NuGet管理器安裝NModbusu

先簡單介紹一下NModbus中的幾個重要方法

接下來做具體實現

  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         //寫線圈或寫寄存器數組
 22         bool[] coilsBuffer;
 23         ushort[] registerBuffer;
 24         //功能碼
 25         string functionCode;
 26         //參數(分別為站號,起始地址,長度)
 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             //在本地測試 所以使用迴環地址,modbus協議規定埠號 502
 41             master = modbusFactory.CreateMaster(new TcpClient("127.0.0.1", 502));
 42             //設置讀取超時時間
 43             master.Transport.ReadTimeout = 2000;
 44             master.Transport.Retries = 2000;
 45             groupBox1.Enabled = false;
 46             groupBox2.Enabled = false;
 47         }
 48         /// <summary>
 49         /// 讀/寫
 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                 //重新實例化是為了 modbus slave更換連接時不報錯 
 63                 master = modbusFactory.CreateMaster(new TcpClient("127.0.0.1", 502));
 64                 if (functionCode != null)
 65                 {
 66                     switch (functionCode)
 67                     {
 68                         case "01 Read Coils"://讀取單個線圈
 69                             SetReadParameters();
 70                             coilsBuffer = master.ReadCoils(slaveAddress, startAddress, numberOfPoints);
 71 
 72                             for (int i = 0; i < coilsBuffer.Length; i++)
 73                             {
 74                                 SetMsg(coilsBuffer[i] + "");
 75                             }
 76                             break;
 77                         case "02 Read DisCrete Inputs"://讀取輸入線圈/離散量線圈
 78                             SetReadParameters();
 79 
 80                             coilsBuffer = master.ReadInputs(slaveAddress, startAddress, numberOfPoints);
 81                             for (int i = 0; i < coilsBuffer.Length; i++)
 82                             {
 83                                 SetMsg(coilsBuffer[i] + "");
 84                             }
 85                             break;
 86                         case "03 Read Holding Registers"://讀取保持寄存器
 87                             SetReadParameters();
 88                             registerBuffer = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddress, startAddress, numberOfPoints);
 89                             for (int i = 0; i < registerBuffer.Length; i++)
 90                             {
 91                                 SetMsg(registerBuffer[i] + "");
 92                             }
 93                             break;
 94                         case "04 Read Input Registers"://讀取輸入寄存器
 95                             SetReadParameters();
 96                             registerBuffer = master.ReadInputRegisters(slaveAddress, startAddress, numberOfPoints);
 97                             for (int i = 0; i < registerBuffer.Length; i++)
 98                             {
 99                                 SetMsg(registerBuffer[i] + "");
100                             }
101                             break;
102                         case "05 Write Single Coil"://寫單個線圈
103                             SetWriteParametes();
104                             await master.WriteSingleCoilAsync(slaveAddress, startAddress, coilsBuffer[0]);
105                             break;
106                         case "06 Write Single Registers"://寫單個輸入線圈/離散量線圈
107                             SetWriteParametes();
108                             await master.WriteSingleRegisterAsync(slaveAddress, startAddress, registerBuffer[0]);
109                             break;
110                         case "0F Write Multiple Coils"://寫一組線圈
111                             SetWriteParametes();
112                             await master.WriteMultipleCoilsAsync(slaveAddress, startAddress, coilsBuffer);
113                             break;
114                         case "10 Write Multiple Registers"://寫一組保持寄存器
115                             SetWriteParametes();
116                             await master.WriteMultipleRegistersAsync(slaveAddress, startAddress, registerBuffer);
117                             break;
118                         default:
119                             break;
120                     }
121 
122                 }
123                 else
124                 {
125                     MessageBox.Show("請選擇功能碼!");
126                 }
127                master.Dispose();
128             }
129             catch (Exception ex)
130             {
131 
132                 MessageBox.Show(ex.Message);
133             }
134         }
135         private void comboBox1_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e)
136         {
137             if (comboBox1.SelectedIndex >= 4)
138             {
139                 groupBox2.Enabled = true;
140                 groupBox1.Enabled = false;
141             }
142             else
143             {
144                 groupBox1.Enabled = true;
145                 groupBox2.Enabled = false;
146             }
147             comboBox1.Invoke(new Action(() => { functionCode = comboBox1.SelectedItem.ToString(); }));
148         }
149 
150         /// <summary>
151         /// 初始化讀參數
152         /// </summary>
153         private void SetReadParameters()
154         {
155             if (txt_startAddr1.Text == "" || txt_slave1.Text == "" || txt_length.Text == "")
156             {
157                 MessageBox.Show("請填寫讀參數!");
158             }
159             else
160             {
161                 slaveAddress = byte.Parse(txt_slave1.Text);
162                 startAddress = ushort.Parse(txt_startAddr1.Text);
163                 numberOfPoints = ushort.Parse(txt_length.Text);
164             }
165         }
166         /// <summary>
167         /// 初始化寫參數
168         /// </summary>
169         private void SetWriteParametes()
170         {
171             if (txt_startAddr2.Text == "" || txt_slave2.Text == "" || txt_data.Text == "")
172             {
173                 MessageBox.Show("請填寫寫參數!");
174             }
175             else
176             {
177                 slaveAddress = byte.Parse(txt_slave2.Text);
178                 startAddress = ushort.Parse(txt_startAddr2.Text);
179                 //判斷是否寫線圈
180                 if (comboBox1.SelectedIndex == 4 || comboBox1.SelectedIndex == 6)
181                 {
182                     string[] strarr = txt_data.Text.Split(' ');
183                     coilsBuffer = new bool[strarr.Length];
184                     //轉化為bool數組
185                     for (int i = 0; i < strarr.Length; i++)
186                     {
187                         // strarr[i] == "0" ? coilsBuffer[i] = true : coilsBuffer[i] = false;
188                         if (strarr[i] == "0")
189                         {
190                             coilsBuffer[i] = false;
191                         }
192                         else
193                         {
194                             coilsBuffer[i] = true;
195                         }
196                     }
197                 }
198                 else
199                 {
200                     //轉化ushort數組
201                     string[] strarr = txt_data.Text.Split(' ');
202                     registerBuffer = new ushort[strarr.Length];
203                     for (int i = 0; i < strarr.Length; i++)
204                     {
205                         registerBuffer[i] = ushort.Parse(strarr[i]);
206                     }
207                 }
208             }
209         }
210         /// <summary>
211         /// 清除文本
212         /// </summary>
213         /// <param name="sender"></param>
214         /// <param name="e"></param>
215         private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
216         {
217             richTextBox1.Clear();
218         }
219         /// <summary>
220         /// SetMessage
221         /// </summary>
222         /// <param name="msg"></param>
223         public void SetMsg(string msg)
224         {
225             richTextBox1.Invoke(new Action(() => { richTextBox1.AppendText(msg + "\r\n"); }));
226         }
227 
228     }
229 }