modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准（de facto），并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。
所以这也是我们工控领域软件开发的所必懂的通讯协议,我也是初次学习,先贴上我的学习笔记
一 .协议概述
(1)modbus协议是应用于控制器上的一种通用语言,实现控制器之间,控制器通过网络和其他设备之间的通信,支持传统rs232/rs422/rs485和以太网设备,它已经成为一种通用的工业标准,有了它不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中控制,此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构
(2) 如果按照国际 iso/osi 的 7 层网络模型来说，标准 modbus 协议定义了通信物理层、链路层及应用层；
物理层：定义了基于 rs232 和 rs485 的异步串行通信规范；
链路层：规定了基于站号识别、主 / 从方式的介质访问控制；
应用层：规定了信息规范（或报文格式）及通信服务功能；
二. 协议要点
(1) modbus 是主 / 从通信协议。主站主动发送报文 , 只有与主站发送报文中呼叫地址相同的从站才向主站发送回答报文。
(2) 报文以 0 地址发送时为广播模式，无需从站应答，可作为广播报文发送，包括：
①修改线圈状态；
②修改寄存器内容；
③强置多线圈；
④预置多寄存器；
⑤询问诊断；
(3) modbus 规定了 2 种字符传输模式： ascii 模式、 rtu （二进制）模式；两种传输模式不能混用；
(4) 传输错误校验
传输错误校验有奇偶校验、冗余校验检验。
当校验出错时，报文处理停止，从机不再继续通信，不对此报文产生应答；
通信错误一旦发生，报文便被视为不可靠； modbus 主机在一定时间过后仍未收到从站应答，即作出“通信错误已发生”的判断。
(5) 报文级（字符级）采用 crc-16 （循环冗余错误校验）
(6) modbus 报文 rtu 格式
三. 异常应答
(1) 从机接收到的主机报文，没有传输错误，但从机无法正确执行主机命令或无法作出正确应答，从机将以“异常应答”回答之。
(2) 异常应答报文格式
例：主机发请求报文，功能码 01 ：读 1 个 04a1 线圈值
由于从机最高线圈地址为 0400 ，则 04a1 超地址上限，从机作出异常应答如下（注意：功能码最高位置 1 ）：
(3)异常应答码
四. 寄存器和功能码
modbus的功能码很多,且不同功能码对应的报文也不一致,后续博客我会借用开源库实现一个modbus master 测试功能码 解析报文
下边我用表格总结一下寄存器,功能码,报文格式
注:
(1)报文中的所有字节均为16进制
(2)由上图我们总结出不同的功能码的报文(无论询问报文还是响应报文)前8个字节都是一致的 都是2字节消息号+2字节modbus标识+2字节长度+1字节站号+1字节功能码 后边根据功能码不同而不同
(3)报文中,指定线圈通断标志 ff00 置线圈为on 0000置线圈为off
五.具体实现
接下来我们使用开源库nmodbus库,来实现一个modbus master
创建工程,从nuget管理器安装nmodbusu
先简单介绍一下nmodbus中的几个重要方法
接下来做具体实现
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 //写线圈或写寄存器数组
22 bool[] coilsbuffer;
23 ushort[] registerbuffer;
24 //功能码
25 string functioncode;
26 //参数(分别为站号,起始地址,长度)
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 //在本地测试 所以使用回环地址,modbus协议规定端口号 502
41 master = modbusfactory.createmaster(new tcpclient("127.0.0.1", 502));
42 //设置读取超时时间
43 master.transport.readtimeout = 2000;
44 master.transport.retries = 2000;
45 groupbox1.enabled = false;
46 groupbox2.enabled = false;
47 }
48 /// <summary>
49 /// 读/写
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 //重新实例化是为了 modbus slave更换连接时不报错
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"://读取单个线圈
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"://读取输入线圈/离散量线圈
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"://读取保持寄存器
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"://读取输入寄存器
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"://写单个线圈
103 setwriteparametes();
104 await master.writesinglecoilasync(slaveaddress, startaddress, coilsbuffer[0]);
105 break;
106 case "06 write single registers"://写单个输入线圈/离散量线圈
107 setwriteparametes();
108 await master.writesingleregisterasync(slaveaddress, startaddress, registerbuffer[0]);
109 break;
110 case "0f write multiple coils"://写一组线圈
111 setwriteparametes();
112 await master.writemultiplecoilsasync(slaveaddress, startaddress, coilsbuffer);
113 break;
114 case "10 write multiple registers"://写一组保持寄存器
115 setwriteparametes();
116 await master.writemultipleregistersasync(slaveaddress, startaddress, registerbuffer);
117 break;
118 default:
119 break;
120 }
121
122 }
123 else
124 {
125 messagebox.show("请选择功能码!");
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 /// 初始化读参数
152 /// </summary>
153 private void setreadparameters()
154 {
155 if (txt_startaddr1.text == "" || txt_slave1.text == "" || txt_length.text == "")
156 {
157 messagebox.show("请填写读参数!");
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 /// 初始化写参数
168 /// </summary>
169 private void setwriteparametes()
170 {
171 if (txt_startaddr2.text == "" || txt_slave2.text == "" || txt_data.text == "")
172 {
173 messagebox.show("请填写写参数!");
174 }
175 else
176 {
177 slaveaddress = byte.parse(txt_slave2.text);
178 startaddress = ushort.parse(txt_startaddr2.text);
179 //判断是否写线圈
180 if (combobox1.selectedindex == 4 || combobox1.selectedindex == 6)
181 {
182 string[] strarr = txt_data.text.split(' ');
183 coilsbuffer = new bool[strarr.length];
184 //转化为bool数组
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 //转化ushort数组
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 }
界面布局
六 功能测试及报文解析
这里功能测试我们需要借助测试工具 modbus slave(modbus从站客户端)
链接：https://pan.baidu.com/s/1z3bet3l_2a4e6cu_p250tg
提取码：hq1r
简单说明一下,这里我实现了常用的几个功能码
0x01 读一组线圈
0x02 读一组输入线圈/离散量线圈
0x03 读一组保持寄存器
0x04 读一组输入寄存器
0x05 写单个线圈
0x06 写单个保持寄存器
0x0f 写多个线圈
0x10 写多个保持寄存器
简单说一下modbus slave 的操作
打开连接,建立连接,选择连接方式为tcp/ip 设置 ip和端口号
选择线圈或寄存器
点击setup->slave definition,这里的function我们需要读/写什么线圈或寄存器就对应选择
测试1 功能码0x01
这里我们所有的测试从站都使用站号1 起始地址0 长度10
功能码0x01 读取线圈 modbus slave的function选择01 coil status(0x)
测试结果:
点击display->communication 可以截取报文,我也不知道为什么他报文字体那么小(绝望ing)
000000-rx:00 01 00 00 00 06 01 01 00 00 00 05
000001-tx:00 01 00 00 00 04 01 01 01 06
测试2 功能码0x10
功能码0x10 写入一组数据到保持寄存器 modbus slave的function选择03 holding register(4x) (说明一下 线圈和保持寄存器才有写操作)
测试结果
报文
000070-rx:00 01 00 00 00 11 01 10 00 00 00 05 0a 00 0c 00 22 00 38 00 4e 00 5a
000071-tx:00 01 00 00 00 06 01 10 00 00 00 05
上文测试了一个读操作和一个写操作,其他功能码的测试与上文一致,有兴趣的可以自行测试,
下一篇博客我要针对不同的功能码做对应的报文解析
程序源码:
链接：https://pan.baidu.com/s/1549fu65wltnvsxm0bj71da
提取码：1j96
以上都为我自己学习总结并实现,有错误之处,希望大家不吝赐教,感谢(抱拳)!
