Java实现Modbus通信：从基础到实战

简单介绍Modbus

Modbus 是一种广泛使用的通信协议，最早在1979年由 Modicon（现为施耐德电气）开发，用于工业自动化设备之间的数据交换。Modbus 是一个开放、简单且灵活的协议，适合工业环境下不同设备和控制系统间的通信。Modbus 协议支持主/从架构，并有两种常见的传输模式：

1. Modbus RTU (Remote Terminal Unit)：基于串行通信，采用二进制数据格式。它适用于高效、低带宽的设备通信，常见于RS-232或RS-485接口的设备。

2. Modbus TCP (Transmission Control Protocol)：基于TCP/IP协议，用于以太网网络上的设备通信，广泛用于需要高速、远程通信的场景。

Modbus 协议通过操作寄存器来读写设备的数据，其中包括离散输入、线圈（Coil）、输入寄存器和保持寄存器（Holding Register）。

使用Java开发Modbus应用需要注意的方面

在Java中开发Modbus应用时，需要注意以下几个方面：

1. 选择合适的库：由于Java没有内置的Modbus支持，通常使用开源库如 j2mod 或 jamod，这些库支持Modbus RTU 和 Modbus TCP 协议。

2. 超时处理：工业环境中的网络可能会有干扰和延迟，因此要合理设置请求超时。

3. 线程安全：Modbus 通信通常是同步的，确保在多线程环境中访问时处理好并发问题。

4. 数据解析：Modbus寄存器传输的是字节数据，需要对这些数据进行转换。例如，将16位的寄存器数据解析成整数或浮点数。

5. 错误处理：Modbus通信可能会遇到超时、CRC校验失败等错误，建议对不同的错误类型进行区分和处理。

6. 串口或网络接口配置：在Modbus RTU中，需要配置串口参数；在Modbus TCP中，需要确保网络端口和IP地址配置正确。

Java中使用j2mod库的简单示范

我们来看下面的示例，展示如何使用 j2mod 库来连接 Modbus TCP 设备，并读取保持寄存器中的数据：

示例代码

首先在我们的Maven 项目中引用 j2mod 库依赖：

<dependency>
   <groupId>com.ghgande</groupId>
   <artifactId>j2mod</artifactId>
   <version>2.5.3</version>
</dependency>

然后创建一个Java类来读取Modbus数据：

import com.ghgande.j2mod.modbus.Modbus;
import com.ghgande.j2mod.modbus.io.ModbusTCPTransaction;
import com.ghgande.j2mod.modbus.msg.ReadMultipleRegistersRequest;
import com.ghgande.j2mod.modbus.msg.ReadMultipleRegistersResponse;
import com.ghgande.j2mod.modbus.net.TCPMasterConnection;
import com.ghgande.j2mod.modbus.procimg.InputRegister;


import java.net.InetAddress;


public class ModbusTCPExample {


    public static void main(String[] args) {
        TCPMasterConnection connection = null;
        ModbusTCPTransaction transaction;
        ReadMultipleRegistersRequest request;
        ReadMultipleRegistersResponse response;


        String ipAddress = "192.168.0.100";  // 替换为Modbus设备的IP地址
        int port = Modbus.DEFAULT_PORT;      // Modbus TCP默认端口号502
        int unitId = 1;                      // 单位ID，默认为1
        int ref = 0;                         // 要读取的寄存器起始地址
        int count = 10;                      // 要读取的寄存器数量


        try {
            // 建立TCP连接
            connection = new TCPMasterConnection(InetAddress.getByName(ipAddress));
            connection.setPort(port);
            connection.connect();


            // 设置Modbus请求
            request = new ReadMultipleRegistersRequest(ref, count);
            request.setUnitID(unitId);


            // 创建Modbus事务
            transaction = new ModbusTCPTransaction(connection);
            transaction.setRequest(request);


            // 执行事务（发送请求并接收响应）
            transaction.execute();
            response = (ReadMultipleRegistersResponse) transaction.getResponse();


            // 处理响应数据
            for (int i = 0; i < response.getWordCount(); i++) {
                InputRegister register = response.getRegister(i);
                System.out.println("Register " + (ref + i) + ": " + register.getValue());
            }


        } catch (Exception e) {
            System.err.println("Modbus TCP communication error: " + e.getMessage());
        } finally {
            // 断开连接
            if (connection != null && connection.isConnected()) {
                connection.close();
            }
        }
    }
}

说明

• 连接配置：通过 TCPMasterConnection 创建一个与Modbus TCP设备的连接。

• 请求构造：构建 ReadMultipleRegistersRequest 请求，指定要读取的寄存器地址和数量。

• 事务处理：使用 ModbusTCPTransaction 发送请求并接收响应。

• 响应解析：获取响应中的寄存器值，并将其打印出来。

总结

Modbus 是一种在工业自动化中广泛使用的协议。使用Java开发Modbus应用时，需注意选择合适的开源库、配置连接参数、处理超时与错误，以及对寄存器数据的解析。