一、Modbus TCP通信概述?

MODBUS/TCP是簡單的、中立廠商的用于管理和控制自動化設(shè)備的MODBUS系列通訊協(xié)議的派生產(chǎn)品，顯而易見，它覆蓋了使用TCP/IP協(xié)議的“Intranet”和“Internet”環(huán)境中MODBUS報文的用途。協(xié)議的最通用用途是為諸如PLC，I/O模塊，以及連接其它簡單域總線或I/O模塊的網(wǎng)關(guān)服務(wù)的。

Modbus TCP協(xié)議是在RTU協(xié)議前面添加MBAP報文頭，由于TCP是基于可靠連接的服務(wù)，RTU協(xié)議中的CRC校驗碼就不再需要，所以在Modbus TCP協(xié)議中是沒有CRC校驗碼。(使用上的主要區(qū)別)。MBAP報文頭： 識( 2字節(jié) ) 長度( 2字節(jié) ) 單元標識符(1字節(jié) )

目前Modbus TCP/IP協(xié)議主要應(yīng)用領(lǐng)域Internet或Intranet中，而以太網(wǎng)傳輸距離遠、傳輸速度快，使得應(yīng)用范圍廣泛傳輸距離遠、傳輸速度快，使得應(yīng)用范圍廣泛。

?二. Modbus TCP使用的功能代碼

modbus的操作對象有四種：線圈、離散輸入、輸入寄存器、保持寄存器

線圈：PLC的輸出位，開關(guān)量，在MODBUS中可讀可寫
離散量：PLC的輸入位，開關(guān)量，在MODBUS中只讀
輸入寄存器：PLC中只能從模擬量輸入端改變的寄存器，在MODBUS中只讀
保持寄存器：PLC中用于輸出模擬量信號的寄存器，在MODBUS中可讀可寫
根據(jù)對象的不同，modbus的功能碼有：

0x01：讀線圈
0x02：讀離散量輸入
0x03：讀保持寄存器

0x04：讀輸入寄存器

0x05：寫單個線圈
0x06：寫單個保持寄存器
0x10：寫多個保持寄存器
0x0F：寫多個線圈

?三、nmodbus4指南

?NModbus4是一個基于C#的Modbus協(xié)議庫，可用于與Modbus RTU、ASCII、TCP和UDP設(shè)備進行通信。NModbus4中文版相當于對原版進行了翻譯，使得不懂英文的人能夠更方便地使用這個開源庫進行編程。NModbus4是用C#編寫的Modbus通信協(xié)議庫，它支持的Modbus協(xié)議包括Modbus RTU、ASCII、TCP和UDP，可用于編程讀寫Modbus設(shè)備的寄存器和線圈。它完全符合Modbus協(xié)議規(guī)范，同時通過使用的事件調(diào)用機制，能夠?qū)崿F(xiàn)斷線重連的功能。

NModbus4是一個完全開源的庫，可以在GitHub上免費下載和使用

四、Modbus TCP通訊應(yīng)用舉例?

?4.1：搭建西門子博途V15的環(huán)境

搭建西門子仿真環(huán)境，需要先前掌握這些，看本人這些博客

windows10企業(yè)版安裝西門子博途V15---01準備環(huán)境

windows10企業(yè)版安裝西門子博途V15---02安裝軟件

windows10企業(yè)版安裝西門子博途V15---03安裝仿真軟件

windows10企業(yè)版安裝西門子博途V15---04連接測試
?

4.2：熟悉modbusTCP環(huán)境

需要先前掌握這些，看本人這些博客

4.3：創(chuàng)建PLC仿真環(huán)境

4.4：?博途V15創(chuàng)建項目

?本文最后會提供這個項目，只要打開即可

?4.5：創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊變量

4.6：創(chuàng)建tcp連接數(shù)據(jù)塊

4.7：創(chuàng)建modbustcp通信模塊

請注意，這里為什么是BYTE 20，是因為變量mf1到mf5共10寄存器，每個寄存器占2個字節(jié)，所以是20個字節(jié)，編譯完成后，下載到Plc中

4.8：創(chuàng)建監(jiān)控表

?

以上8個步驟就完成了modbustcp服務(wù)器，接下來搞程序，來讀寫Plc中的浮點數(shù)

4.9：創(chuàng)建winform項目

打開VS2019，創(chuàng)建窗體項目，布局很簡單，4個button按鈕

?

4.10：添加nmodbus4庫

?

4.11：編寫“nmodbus4讀取一個float”代碼

 /// <summary>/// nmodbus4讀取一個float/// </summary>/// <param name="sender"></param>/// <param name="e"></param>private void button4_Click(object sender, EventArgs e){//nmodbus4讀取到的數(shù)據(jù)都是ushort類型tcpClient = new TcpClient();tcpClient.Connect("192.168.1.199", 6800);//連接到主機master = ModbusIpMaster.CreateIp(tcpClient);//Ip 主站  byte slaveAddr = byte.Parse("1");//從站地址//ushort[] ReadHoldingRegisters(byte slaveAddress, ushort startAddress, ushort numberOfPoints);表示讀保持寄存器//slaveAddress從站地址（默認為1，通常也是1）//startAddress寄存器開始地址（這個地址是modbus的地址，不是Plc變量地址）//numberOfPoints寄存器數(shù)量（real類型占2個寄存器數(shù)量）ushort[] uDatas = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddr, ushort.Parse("0"), ushort.Parse("2"));byte[] t = ByteArrayLib.GetByteArrayFromUShortArray(uDatas);//ushort數(shù)組轉(zhuǎn)byte數(shù)組float[] floats = FloatLib.GetFloatArrayFromByteArray(t);//byte數(shù)組轉(zhuǎn)float數(shù)組string fw1a = string.Join(",", floats);float fw1b = FloatLib.GetFloatFromByteArray(t, 0);//byte數(shù)組轉(zhuǎn)floatMessageBox.Show("方式a：" + fw1a.ToString() + "，方式b：" + fw1b.ToString());uDatas = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddr, ushort.Parse("2"), ushort.Parse("2"));t = ByteArrayLib.GetByteArrayFromUShortArray(uDatas);floats = FloatLib.GetFloatArrayFromByteArray(t);fw1a = string.Join(",", floats);fw1b = FloatLib.GetFloatFromByteArray(t, 0);MessageBox.Show("方式a：" + fw1a.ToString() + "，方式b：" + fw1b.ToString());uDatas = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddr, ushort.Parse("4"), ushort.Parse("2"));t = ByteArrayLib.GetByteArrayFromUShortArray(uDatas);floats = FloatLib.GetFloatArrayFromByteArray(t);fw1a = string.Join(",", floats);fw1b = FloatLib.GetFloatFromByteArray(t, 0);MessageBox.Show("方式a：" + fw1a.ToString() + "，方式b：" + fw1b.ToString());uDatas = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddr, ushort.Parse("6"), ushort.Parse("2"));t = ByteArrayLib.GetByteArrayFromUShortArray(uDatas);floats = FloatLib.GetFloatArrayFromByteArray(t);fw1a = string.Join(",", floats);fw1b = FloatLib.GetFloatFromByteArray(t, 0);MessageBox.Show("方式a：" + fw1a.ToString() + "，方式b：" + fw1b.ToString());uDatas = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddr, ushort.Parse("8"), ushort.Parse("2"));t = ByteArrayLib.GetByteArrayFromUShortArray(uDatas);floats = FloatLib.GetFloatArrayFromByteArray(t);fw1a = string.Join(",", floats);fw1b = FloatLib.GetFloatFromByteArray(t, 0);MessageBox.Show("方式a：" + fw1a.ToString() + "，方式b：" + fw1b.ToString());master.Dispose();tcpClient.Dispose();}

運行效果

?全部讀取到了PLC中的數(shù)據(jù)

?nmodbus4讀取到的數(shù)據(jù)都是ushort類型

?ushort[] ReadHoldingRegisters(byte slaveAddress, ushort startAddress, ushort numberOfPoints);表示讀保持寄存器
? ? ? ? ? ? slaveAddress從站地址（默認為1，通常也是1）
? ? ? ? ? ? startAddress寄存器開始地址（這個地址是modbus的地址，不是Plc變量地址）
? ? ? ? ? ? numberOfPoints寄存器數(shù)量（real類型占2個寄存器數(shù)量）

?ushort[] uDatas = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddr, ushort.Parse("0"), ushort.Parse("2"));

這個意思是讀取從站地址1中的從0開始的2個寄存器數(shù)據(jù)，即%DB4.DBD0中的數(shù)據(jù)，結(jié)果是1.1

很多人搞不清楚，這個為何是開始地址0，數(shù)量是2，這就需要明白PLC中的地址與MODBUS地址的關(guān)系，另外nmodbus4讀取到的數(shù)據(jù)都是ushort類型，因此需要進行類型轉(zhuǎn)換，將ushort數(shù)組轉(zhuǎn)byte數(shù)組，再將byte數(shù)組轉(zhuǎn)float數(shù)組

4.12：編寫“nmodbus4讀取全部float”代碼

 /// <summary>/// nmodbus4讀取全部/// </summary>/// <param name="sender"></param>/// <param name="e"></param>private void button5_Click(object sender, EventArgs e){tcpClient = new TcpClient();tcpClient.Connect("192.168.1.188", 6800);//連接到主機master = ModbusIpMaster.CreateIp(tcpClient);//Ip 主站  byte slaveAddr = byte.Parse("1");ushort[] uDatas = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddr, ushort.Parse("5"), ushort.Parse("10"));byte[] t = ByteArrayLib.GetByteArrayFromUShortArray(uDatas);float[] floats = FloatLib.GetFloatArrayFromByteArray(t);string fw1a = string.Join(",", floats);MessageBox.Show(fw1a.ToString());master.Dispose();tcpClient.Dispose();}

運行效果

4.13：編寫“nmodbus4寫入單個浮點”代碼

/// <summary>/// nmodbus4寫入單個浮點/// </summary>/// <param name="sender"></param>/// <param name="e"></param>private void button7_Click(object sender, EventArgs e){tcpClient = new TcpClient();tcpClient.Connect("192.168.1.199", 6800);//連接到主機master = ModbusIpMaster.CreateIp(tcpClient);//Ip 主站   //從站地址byte slaveAddr = byte.Parse("1");開始地址ushort startAddr = ushort.Parse("0");數(shù)據(jù)的值string vals = ("12.625");float[] uVals02 = vals.Split(',').Select(s => float.Parse(s)).ToArray();byte[] y = ByteArrayLib.GetByteArrayFromFloatArray(uVals02);ushort[] ushorts = UShortLib.GetUShortArrayFromByteArray(y);//void WriteMultipleRegisters(byte slaveAddress, ushort startAddress, ushort[] data);//寫入多保持寄存器，意思是指向多個寄存器地址寫入數(shù)據(jù)，也就是指同時向多個寄存器寫入數(shù)據(jù)//slaveAddress表示從站地址，通常為1，默認也為1//startAddress表示寄存器開始地址，必須是ushort類型//data表示寫入的具體數(shù)值，必須是ushort數(shù)組master.WriteMultipleRegisters(slaveAddr, startAddr, ushorts);//向第一個寄存器（地址是0）寫入數(shù)據(jù)12.625MessageBox.Show("【 通過多保持寄存器】寫入正數(shù)成功!");float floatValue = 12.625f;startAddr = ushort.Parse("2");byte[] byteArray = ByteArrayLib.GetByteArrayFromFloat(floatValue);//將字節(jié)數(shù)組中第0個開始的2個字節(jié)轉(zhuǎn)換成ushort類型，即0，1ushort ua = UShortLib.GetUShortFromByteArray(byteArray, 0, DataFormat.ABCD);master.WriteSingleRegister(slaveAddr, startAddr, ua);//向從站地址1中的第3個寄存器（地址為2）寫入數(shù)據(jù)ua//將字節(jié)數(shù)組中第2個開始的2個字節(jié)轉(zhuǎn)換成ushort類型，即2，3 ushort ub = UShortLib.GetUShortFromByteArray(byteArray, 2, DataFormat.ABCD);startAddr = ushort.Parse("3");master.WriteSingleRegister(slaveAddr, startAddr, ub);//向從站地址1中的第4個寄存器（地址為3）寫入數(shù)據(jù)ubMessageBox.Show("【 通過單保持寄存器】寫入正數(shù)成功!"); vals = ("-18.326");startAddr = ushort.Parse("8");uVals02 = vals.Split(',').Select(s => float.Parse(s)).ToArray();y = ByteArrayLib.GetByteArrayFromFloatArray(uVals02);ushorts = UShortLib.GetUShortArrayFromByteArray(y);master.WriteMultipleRegisters(slaveAddr, startAddr, ushorts);MessageBox.Show("【 通過多保持寄存器】寫入負數(shù)成功!");master.Dispose();tcpClient.Dispose();}

?運行效果

?4.14：編寫“nmodbus4寫入多個浮點"代碼

 /// <summary>/// nmodbus4寫入多個浮點/// </summary>/// <param name="sender"></param>/// <param name="e"></param>private void button6_Click(object sender, EventArgs e){tcpClient = new TcpClient();tcpClient.Connect("192.168.1.199", 6800);//連接到主機master = ModbusIpMaster.CreateIp(tcpClient);//Ip 主站  //從站地址byte slaveAddr = byte.Parse("1");//開始地址ushort startAddr = ushort.Parse("0");//數(shù)據(jù)的值string vals = ("4.9635,6.9635,-1.28,67,-902");float[] uVals02 = vals.Split(',').Select(s => float.Parse(s)).ToArray();byte[] y = ByteArrayLib.GetByteArrayFromFloatArray(uVals02);ushort[] ushorts = UShortLib.GetUShortArrayFromByteArray(y);master.WriteMultipleRegisters(slaveAddr, startAddr, ushorts);MessageBox.Show("【 多保持寄存器】寫入成功!");master.Dispose();tcpClient.Dispose();}

?運行效果

浮點數(shù)包括整數(shù)，小數(shù)，也包括正數(shù)或負數(shù)，所以正整數(shù)，負整數(shù)，正小數(shù)，負小數(shù)都可以寫入

五：modbustcp協(xié)議小結(jié)

MODBUS TCP 結(jié)合了以太網(wǎng)物理網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)標準 TCP/IP 以及以 MODBUS 作為應(yīng)用協(xié)議標準的數(shù)據(jù)表示方法。MODBUS TCP 通信報文被封裝于以太網(wǎng) TCP/IP 數(shù)據(jù)包中，MODBUS 協(xié)議規(guī)范一幀數(shù)據(jù)的最大長度為 256 個字節(jié)。

MODBUS TCP/IP 的通信系統(tǒng)中有兩種類型的設(shè)備：MODBUS TCP/IP 客戶端和服務(wù)器設(shè)備。

1.MODBUS 客戶端

客戶端（TCP Client）主動向服務(wù)器（TCP Server）發(fā)起連接請求，連接建立成功，僅允許客戶端主動發(fā)起通訊請求。

以太網(wǎng)機型作為 MODBUS TCP 客戶端時，通過 S_OPEN 指令建立 TCP 連接，通過 M_TCP 指令發(fā)起 MODBUS 請求。

2.MODBUS 服務(wù)器

服務(wù)器主動監(jiān)聽 502 端口，等待客戶端連接請求，連接建立成功，響應(yīng)符合 Modbus TCP 協(xié)議規(guī)范的數(shù)據(jù)通訊請求。

3.優(yōu)勢?

優(yōu)勢： 免費、簡單、容易使用，Modbus協(xié)議是現(xiàn)在國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最多的協(xié)議，不只PLC設(shè)備，各種終端設(shè)備，比如水控機、水表、電表、工業(yè)秤、各種采集設(shè)備，

4.特點

1. 采用主從問答方式進行通信

2. Modbus TCP是應(yīng)用層協(xié)議，基于傳輸層TCP協(xié)議實現(xiàn)

3. Modbus TCP端口號默認為502，但在本案例中修改成6800，當然你也可以改成別的

六：代碼下載

?鏈接：https://pan.baidu.com/s/1mARLDATOBphLKbecj4sW8g?
提取碼：lggv??

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