Modbus入门

Modbus

modbus使用范围广泛,广泛应用于各类仪表,PLC等。它属于应用层协议,底层硬件基于485/以太网。

Modbus的存储区有:输入线圈(布尔,只读,代号1区),输入寄存器(寄存器,只读,代号3区),输出线圈(读写,布尔,代号0区),输出寄存器(寄存器,读写,代号4区)

Modbus是典型的半双工模式,有且只有一个master,请求由master发出,slave响应。slave之间不能通讯,只能通过master转达。相当于master是客户端,slave都是服务器。

Modbus模拟工具

模拟工具使用Modbus Slave 以及 Modbus Poll 。其中 Slave相当于服务器(Modbus Slave),Poll相当于客户端(Modbus Master)。

模拟工具使用

配置Slave

配置Slave
在这里插入图片描述
基本配置,配置完选择ok,接下来只要配置要使用的接口方式(网卡,串口等)

在这里插入图片描述
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选择接口方式,选择串口,初始化波特率、数据位、校验位、停止位,然后选择ok即可打开链接。
在这里插入图片描述

配置Poll

打开Poll选择需要进行的操作
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选择写入可以寄存器,会发现Slave这边对应的已经改变了
在这里插入图片描述
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上面type中可以写入浮点数等类型。

C#使用ModBus通讯

使用NuGet中的NModbus4通讯库,进行ModBus RTU(串口)通讯

namespace ModusCommunication
{
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ModuleHandle moduleHandle = new ModuleHandle();   

            // NuGet 安装 NModbus4 库
            // 确定通讯方式 这边是串口
            SerialPort port = new SerialPort("COM2");
            // 波特率
            port.BaudRate = 9600;
            // 数据位
            port.DataBits= 8;
            // 停止位
            port.StopBits = StopBits.One;
            // 校验位
            port.Parity = Parity.None;

            port.Open();

            var master = ModbusSerialMaster.CreateRtu(port);
            //  读取保持型寄存器  slaveid 寄存器起始位置 读取个数
            ushort [] values = master.ReadHoldingRegisters(1,10,2);
            Console.WriteLine($"index 10:{values[0]},index 11:{values[1]}");
            // 写入保持型寄存器  slaveid 在18号寄存器 写入 133
            master.WriteSingleRegister(1, 18, 133);

            // 读写线圈型寄存器 
            bool [] coils = master.ReadCoils(2, 0, 3);
            Console.WriteLine($"index 0:{coils[0]},index 2:{coils[2]}");
            // 写入线圈状态 将2号线圈寄存器值改为false
            master.WriteSingleCoil(2, 2, false);

            // 在10寄存器处写入浮点数(实际占用10,11两个寄存器)
            master.WriteFloat(1, 10, 3.14f);
            Console.WriteLine($"写入浮点数:3.14");

            // 读取浮点数  浮点数在Modbus中是由两位寄存器构成(一位寄存器是16bit)
            float val = master.ReadFloat(1, 10, 2);
            Console.WriteLine($"浮点数 index 10-11:{val}");
            Console.ReadLine();
            port.Close();


        }

        
    }
}

public  static class NModbusExtensions
{
    /// <summary>
    /// 从寄存器中读取float值
    /// </summary>
    /// <param name="master"></param>
    /// <param name="slaveAddress"></param>
    /// <param name="startAddress"></param>
    /// <param name="numberOfPoints"></param>
    /// <returns></returns>
    /// <exception cref="Exception"></exception>
    public static float ReadFloat(this ModbusSerialMaster master , byte slaveAddress, ushort startAddress, ushort numberOfPoints)
    {
        try
        {
            float? floatValue;
            ushort[] registers = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddress, startAddress, 2); // 2寄存器对应一个浮点数

            if (registers.Length == 2)
            {
                // 从两个16位整数重新组合为浮点数
                ushort intValue1 = registers[1]; // 低位
                ushort intValue2 = registers[0]; // 高位

                byte[] bytes = new byte[4];
                Buffer.BlockCopy(new ushort[] { intValue1, intValue2 }, 0, bytes, 0, 4);

                floatValue = BitConverter.ToSingle(bytes, 0);
                return floatValue.Value;
            }
            else
            {
                throw new Exception();
            }
        }catch(Exception ex)
        {
            throw new Exception("读取失败");
        }
        
    }

    /// <summary>
    /// 向寄存器中写入浮点数
    /// </summary>
    /// <param name="master"></param>
    /// <param name="slaveAddress"></param>
    /// <param name="startAddress"></param>
    /// <param name="value"></param>
    public static void WriteFloat(this ModbusSerialMaster master, byte slaveAddress, ushort startAddress, float value)
    {
        // 将浮点数转换为字节数组
        byte[] bytes = BitConverter.GetBytes(value);

        // 提取字节数组中的两个16位整数
        ushort intValue1 = BitConverter.ToUInt16(bytes, 0); // 低位
        ushort intValue2 = BitConverter.ToUInt16(bytes, 2); // 高位

        master.WriteMultipleRegisters(slaveAddress, startAddress, new ushort[] { intValue2, intValue1 });

    }

}

在这里插入图片描述

在无法使用 SerialPort类 的情况下使用TCP进行

在Web以及移动端是不能使用SerialPort的,这时候可以使用TCP进行链接
在slave连接配置中是有ip地址以及端口的,可以通过这个进行ModbusTcp通讯
在这里插入图片描述

NuGet 安装 ModbusTcp 包


static async void ModbusTCPTest()
{
    ModbusTcp.ModbusClient client = new ModbusTcp.ModbusClient("127.0.0.1", 502);
    client.Init();
    // 读取一个 整数
    short[] values = await client.ReadRegistersAsync(15,1);
    Console.WriteLine($"index 15:{values[0]}");
    // 读取两个浮点数
    float[] value = await client.ReadRegistersFloatsAsync(10, 4);
    Console.WriteLine($"index 10-11:{value[0]},index 12-13:{value[1]}");
}

在这里插入图片描述

### Modbus协议基础知识 #### 1. Modbus协议简介 Modbus 是一种广泛应用的通信协议,最初由施耐德电气于1979年发布。该协议设计用于工业自动化环境下的设备间通信,支持多种物理层接口,如 RS232、RS485 和以太网等[^3]。 #### 2. Modbus的主要版本 Modbus 协议有多个变体,主要包括以下几种: - **Modbus RTU**: 面向二进制数据流传输,适用于串行通信(如 RS485),高效且紧凑[^1]。 - **Modbus ASCII**: 数据以可打印的 ASCII 字符形式传输,便于调试和日志记录,但效率较低[^4]。 - **Modbus TCP**: 基于以太网的 Modbus 版本,使用 TCP/IP 进行网络通信,无需 CRC 校验[^2]。 #### 3. Modbus的工作原理 Modbus 的核心是一个主从架构模型,在此模型中: - 主设备(Master)负责发起所有的通信请求。 - 从设备(Slave)仅能响应来自主设备的命令,无法主动发送消息[^3]。 具体流程如下: - 主设备发出一条包含目标地址、功能码以及所需参数的消息给指定的从设备。 - 接收到消息后,从设备会解析其内容并执行相应操作(读取寄存器值、写入新数值等)。 - 如果成功完成任务,则返回结果;否则反馈错误信息。 #### 4. 功能码的作用 每条 Modbus 请求都携带一个特定的功能码来指示所期望的操作类型。常见的功能码包括但不限于: - `0x01` (Read Coils): 获取离散输入状态; - `0x03` (Read Holding Registers): 查询保持寄存器的内容; - `0x0F` (Write Multiple Coils): 设置一系列线圈的状态; - `0x10` (Write Multiple Registers): 同时修改多组寄存器值[^1]。 #### 5. 报文格式对比 | 类型 | 开始标志 | 地址字段 | 功能码 | 数据区 | 结束/校验 | |--------------|----------------|-------------|-------------|---------------|--------------------| | Modbus RTU | N/A | 1 byte | 1 byte | 可变长度 | 2 bytes(CRC) | | Modbus ASCII | ":" | 2 chars(HEX)| 2 chars(HEX)| HEX编码字符串 | LRC + CR LF | 注意:ASCII模式下所有数据均被转换成十六进制表示,并附加额外控制字符以便更易于人类阅读理解[^4]^. ```python # 示例 Python 实现简单的 Modbus RTU 客户端查询 import minimalmodbus instrument = minimalmodbus.Instrument('/dev/ttyUSB0', 1) # port name, slave address (in decimal) instrument.serial.baudrate = 9600 instrument.serial.bytesize = 8 instrument.serial.parity = minimalmodbus.serial.PARITY_NONE instrument.serial.stopbits = 1 instrument.mode = minimalmodbus.MODE_RTU register_value = instrument.read_register(registeraddress=100, functioncode=3) # Read holding register at addr 100 using func code 3. print(f"Register Value: {register_value}") ```
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