【C#】Winform调用NModbus实现Modbus TCP 主站通讯

• 一、前言

  • Modbus是一种串行通信协议，是工业领域全球最流行的协议之一。

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• 运行环境

  • 操作系统：Windows11
  • 编程软件：Visual Studio 2022
  • .Net 版本：.Net Framework4.6.0
  • 项目依赖：NModbus 3.0.81

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• 协议类型

  • Modbus RTU：一种二进制协议，采用紧凑的数据帧格式，通信效率较高。
  • 通常用于串行通信链路，如RS - 485或RS - 232 ，在工业自动化领域应用广泛。
  • Modbus ASCII：采用ASCII码进行数据传输，数据帧可读性强，但传输效率相对较低，同样基于串行通信。
  • Modbus TCP/IP：基于以太网和TCP/IP协议栈，将Modbus协议封装在TCP/IP协议中，适用于通过网络进行远程通信的场合，是目前工业以太网中常用的通信协议之一。

• 通信模式

  • ​主从模式：在Modbus网络中，有一个主设备（通常是控制器或上位机）和多个从设备（如传感器、执行器等）。
  • 主设备发起通信请求，从设备根据请求进行响应，从设备不能主动向主设备发送数据。

• 程序功能

  • 1、连接从站服务。
  • 2、写入数值到指定寄存器。
  • 3、定时读取寄存器值。
  • 4、定时心跳检测通讯状态。

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• 预览

  • 运行效果

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• 三、代码

  public partial class ModbusTCP : Form
  {
      #region 字段
      // Modbus服务器的IP地址和端口
      private string ipAddress = "127.0.0.1";
      // 端口号
      private int port = 502;
      // 从站地址
      private byte slaveId = 1;
      // 读取保持寄存器的起始地址和数量
      ushort startAddress = 0;
      ushort numRegisters = 10;
      // 写入寄存器的地址和值
      ushort writeAddress = 0;
      ushort writeValue = 0;
      // 连接状态
      private bool isConnected = false;
      // 创建TcpClient
      private TcpClient tcpClient = null;
      // 创建modbus
      private ModbusFactory factory = null;
      // Modbus主站
      private IModbusMaster master = null;
      // 任务定时器
      Timer taskTimer = null;
      // 心跳定时器
      private Timer heartbeatTimer = null;
  
      #endregion
  
      #region 初始化加载
      public ModbusTCP()
      {
          InitializeComponent();
          CenterToParent();
          CenterToScreen();
      }
      private void MainForm_Load(object sender, EventArgs e)
      {
          Initialize();
      }
      private void ModbusTCP_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
      {
          isConnected = false;
          taskTimer?.Stop();
          tcpClient?.Close();
          heartbeatTimer?.Stop();
      }
      #endregion
  
      /// <summary>
      /// 初始化
      /// </summary>
      public void Initialize()
      {
          InitializeControlsState();
          UpdataControlsState();
          dataGridView.Columns[0].Width = 100;
          dataGridView.Columns[1].Width = 100;
          dataGridView.Columns[0].DefaultCellStyle.Alignment = DataGridViewContentAlignment.MiddleCenter;
          dataGridView.Columns[1].DefaultCellStyle.Alignment = DataGridViewContentAlignment.MiddleCenter;
          dataGridView.RowHeadersVisible = false;
  
          //数据表格
          dataGridView.Rows.Add(new object[] { 0, 0 });
          dataGridView.Rows.Add(new object[] { 1, 0 });
          dataGridView.Rows.Add(new object[] { 2, 0 });
          dataGridView.Rows.Add(new object[] { 3, 0 });
          dataGridView.Rows.Add(new object[] { 4, 0 });
          dataGridView.Rows.Add(new object[] { 5, 0 });
          dataGridView.Rows.Add(new object[] { 6, 0 });
          dataGridView.Rows.Add(new object[] { 7, 0 });
          dataGridView.Rows.Add(new object[] { 8, 0 });
          dataGridView.Rows.Add(new object[] { 9, 0 });
  
          //定时读取值
          taskTimer = new Timer();
          taskTimer.Interval = 100;
          taskTimer.Tick += Timer_Tick;
  
          // 心跳任务
          heartbeatTimer = new Timer();
          heartbeatTimer.Interval = 1000;
          heartbeatTimer.Tick += HeartbeatTimer_Tick;
      }
  
      private void HeartbeatTimer_Tick(object sender, EventArgs e)
      {
          try
          {
              // 发送心跳请求（这里假设发送一个简单的读取请求作为心跳）
              ushort[] dummyArray = master.ReadHoldingRegisters(slaveId, 0, 1);
              // 检查心跳响应是否有效（可以根据返回值来判断）
              if (dummyArray == null || dummyArray.Length != 1 || dummyArray[0] != 0)
              {
                  UpdataMessage("心跳失败，断开连接...");
                  isConnected = false;
                  taskTimer.Stop();
                  tcpClient.Close();
                  UpdataControlsState();
              }
          }
          catch (Exception ex)
          {
              UpdataMessage("心跳失败...");
              isConnected = false;
              taskTimer.Stop();
              tcpClient.Close();
              UpdataControlsState();
          }
      }
  
      /// <summary>
      /// 初始化控件状态
      /// </summary>
      public void InitializeControlsState()
      {
          tbx_SlaveID.Text = slaveId.ToString();
          tbx_IPAddress.Text = ipAddress;
          tbx_TargetPort.Text = port.ToString();
          tbx_StartAddress.Text = startAddress.ToString();
          tbx_ReadLength.Enabled = false;
          tbx_ReadLength.Text = numRegisters.ToString();
          tbx_WriteAddress.Text = writeAddress.ToString();
          tbx_WriteValue.Text = writeValue.ToString();
      }
  
      private void UpdataControlsState()
      {
          if (isConnected)
          {
              btn_Connect.Text = "断开";
              btn_WriteData.Enabled = true;
              tbx_IPAddress.Enabled = false;
              tbx_TargetPort.Enabled = false;
              tbx_SlaveID.Enabled = false;
              tbx_ReadLength.Enabled=false;
          }
          else
          {
              btn_Connect.Text = "连接";
              btn_WriteData.Enabled = false;
              tbx_IPAddress.Enabled = true;
              tbx_TargetPort.Enabled = true;
              tbx_SlaveID.Enabled = true;
              tbx_ReadLength.Enabled = false;
          }
      }
  
      /// <summary>
      /// 定时器方法
      /// </summary>
      private void Timer_Tick(object sender, EventArgs e)
      {
          try
          {
              if (isConnected)
              {
                  // 读取保持寄存器
                  ushort[] array = master.ReadHoldingRegisters(slaveId, startAddress, numRegisters);
                  // 输出读取到的寄存器值
                  for (int i = 0; i < array.Length; i++)
                  {
                      dataGridView.Rows[i].Cells[0].Value = (startAddress + i);
                      dataGridView.Rows[i].Cells[1].Value = array[i];
                  }
              }
          }
          catch (Exception ex)
          {
              UpdataMessage("");
          }
      }
      /// <summary>
      ///  连接
      /// </summary>
      private void btn_Connect_Click(object sender, EventArgs e)
      {
          try
          {
              if (!isConnected)
              {
                  tcpClient = new TcpClient(ipAddress, port);
                  factory = new ModbusFactory();
                  master = factory.CreateMaster(tcpClient);
                  taskTimer.Start();
                  heartbeatTimer?.Start();
                  isConnected = true;
                  UpdataControlsState();
                  UpdataMessage("连接成功...");
              }
              else
              {
                  isConnected = false;
                  master = null;
                  taskTimer.Stop();
                  tcpClient.Close();
                  UpdataControlsState();
                  UpdataMessage("断开连接...");
                  heartbeatTimer?.Stop();
              }
          }
          catch (Exception ex)
          {
              isConnected = false;
              taskTimer?.Stop();
              heartbeatTimer?.Stop();
              tcpClient?.Close();
              UpdataControlsState();
              UpdataMessage("连接失败...");
              UpdataMessage($"{ex.Message}");
          }
      }
      
      /// <summary>
      ///  写入数据
      /// </summary>
      private void btn_WriteData_Click(object sender, EventArgs e)
      {
          master.WriteSingleRegister(slaveId, writeAddress, writeValue);
          UpdataMessage($"从站ID：{slaveId}，写入数据：地址：{writeAddress} ，值:{writeValue}");
      }
  
      /// <summary>
      /// 更新操作消息
      /// </summary>
      private void UpdataMessage(string message)
      {
          tbx_Output.BeginInvoke(new Action(() =>
          {
              tbx_Output.AppendText($"{DateTime.Now.ToString()}】{message}\r\n");
          }));
      }
  
      #region 文本变更
      /// <summary>
      /// 起始地址
      /// </summary>
      private void tbx_StartAddress_TextChanged(object sender, EventArgs e)
      {
          if (ushort.TryParse(tbx_StartAddress.Text, out ushort address))
          {
              startAddress = address;
          }
      }
      /// <summary>
      /// 读取长度
      /// </summary>
      private void tbx_ReadLength_TextChanged(object sender, EventArgs e)
      {
          if (ushort.TryParse(tbx_ReadLength.Text, out ushort length))
          {
              numRegisters = length;
          }
      }
      /// <summary>
      /// 写入地址
      /// </summary>
      private void tbx_WriteAddress_TextChanged(object sender, EventArgs e)
      {
          if (ushort.TryParse(tbx_WriteAddress.Text, out ushort address))
          {
              writeAddress = address;
          }
      }
      /// <summary>
      /// 写入值
      /// </summary>
      private void tbx_WriteValue_TextChanged(object sender, EventArgs e)
      {
          if (ushort.TryParse(tbx_WriteValue.Text, out ushort address))
          {
              writeValue = address;
          }
      }
      /// <summary>
      /// 从站ID
      /// </summary>
      private void tbx_SlaveID_TextChanged(object sender, EventArgs e)
      {
          if (byte.TryParse(tbx_SlaveID.Text, out byte address))
          {
              slaveId = address;
          }
      }
      #endregion
  }
  

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• 结语

  • 既是分享，也是备份。

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• 最后

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