C# ModBus Tcp读写数据与服务器进行通讯

[转]https://www.cnblogs.com/dathlin/p/7885368.html

前言

本文将使用一个NuGet公开的组件技术来实现一个ModBus TCP的客户端，方便的对Modbus tcp的服务器进行读写，这个服务器可以是电脑端C#设计的，也可以是PLC实现的，也可以是其他任何支持这个通信协议的服务器。

github地址：https://github.com/dathlin/HslCommunication 如果喜欢可以star或是fork，还可以打赏支持。

在Visual Studio 中的NuGet管理器中可以下载安装，也可以直接在NuGet控制台输入下面的指令安装：

Install-Package HslCommunication

NuGet安装教程 http://www.cnblogs.com/dathlin/p/7705014.html

技术支持QQ群：592132877 （组件的版本更新细节也将第一时间在群里发布）组件API地址：http://www.cnblogs.com/dathlin/p/7703805.html

关于两种模式

在PLC端，包括三菱和西门子，欧姆龙以及Modbus Tcp客户端的访问器上，都支持两种模式，短连接模式和长连接模式，现在就来解释下什么原理。

短连接：每次读写都是一个单独的请求，请求完毕也就关闭了，如果服务器的端口仅仅支持单连接，那么关闭后这个端口可以被其他连接复用，但是在频繁的网络请求下，容易发生异常，会有其他的请求不成功，尤其是多线程的情况下。

长连接：创建一个公用的连接通道，所有的读写请求都利用这个通道来完成，这样的话，读写性能更快速，即时多线程调用也不会影响，内部有同步机制。如果服务器的端口仅仅支持单连接，那么这个端口就被占用了，比如三菱的端口机制，西门子的Modbus tcp端口机制也是这样的。以下代码默认使用短连接，方便测试。

在短连接的模式下，每次请求都是单独的访问，所以没有重连的困扰，在长连接的模式下，如果本次请求失败了，在下次请求的时候，会自动重新连接服务器，直到请求成功为止。另外，尽量所有的读写都对结果的成功进行判断。

特别感谢

网友：陈恩富 对float,int数据的读取测试，才修复了权重位颠倒的BUG。
网友：U4幸福的蜗牛 发现了博客上错误的一个方法名称，已于2018年1月8日13:34:39更新。并反馈了一些特殊设备（modbus tcp服务器）的读取数据的BUG。已修复。

随便聊聊

只要是网络访问，就会存在主从的区别，此处的设计模式是客户端主动请求服务器数据，然后接收服务器的反馈数据，支持原生的指令收发，支持其他一些方便的API收发。特殊功能码需要使用原生收发的API，本组件支持如下的功能操作：

0x01 读取线圈的操作，
0x02 读取离散的操作，
0x03 读取寄存器的值，
0x05 写一个线圈操作，
0x06 写一个寄存器值，
0x0F 批量写线圈操作，
0x10 批量写寄存器值，

如果你的设备需要这些功能之外的数据，可以使用原生API方法，但是这个方法的前提就是你对MODBUS TCP协议非常清晰才可以，如果你不了解这个协议，可以参照下面的博客说明：

http://blog.csdn.net/thebestleo/article/details/52269999

如果你需要搭建自己的ModBus服务器，可以参照这边文章：http://www.cnblogs.com/dathlin/p/7782315.html

在你开发自己的客户端程序之前，可以先用MODBUS测试工具进行测试，以下地址的一个开源项目就是基于这个组件开发的Modbus tcp测试工具，可直接用于读写测试。

ModbusTcpServer.zip

访问测试项目

下面的一个项目是这个组件的访问测试项目，您可以进行初步的访问的测试，免去了您写测试程序的麻烦，这个项目是和三菱，西门子PLC的访问写在一起的。可以同时参考。

下载地址为：HslCommunicationDemo.zip

Reference

ModBus组件所有的功能类都在 HslCommunication.ModBus命名空间，所以再使用之前先添加

using HslCommunication.ModBus;
using HslCommunication;

How to Use

实例化：

在使用读写功能之前必须先进行实例化：

private ModbusTcpNet busTcpClient = new ModbusTcpNet("192.168.1.195", 502, 0x01);   // 站号1

上面的实例化指定了服务器的IP地址，端口号（一般都是502），以及自己的站号，允许设置为0-255，后面的两个参数有默认值，在实例化的时候可以省略。

private ModbusTcpNet busTcpClient = new ModbusTcpNet("192.168.1.195");   // 端口号502，站号1

注意：在Modbus服务器的设备里，大部分的设备都是从地址0开始的，有些特殊的设备是从地址1开始的，所以本组件里面，默认从地址0开始，如果想要从地址1开始，那么就需要如下的配置：

busTcpClient.AddressStartWithZero = False;

上面两个声明选择其中一个就行了。然后实例化之后(也可以放在窗体的Load方法中)就可以调用下面的方法切换为长连接了，

busTcpClient.ConnectServer();

关闭的话，调用如下的方法

busTcpClient.ConnectClose( );

以下代码演示常用的读写操作，为了方便起见，不再对IsSuccess判断，一般都是成功的：

private void userButton30_Click(object sender, EventArgs e)
{
    // 读取操作
    bool coil100 = busTcpClient.ReadCoil("100").Content;   // 读取线圈100的通断
    short short100 = busTcpClient.ReadInt16("100").Content; // 读取寄存器100的short值
    ushort ushort100 = busTcpClient.ReadUInt16("100").Content; // 读取寄存器100的ushort值
    int int100 = busTcpClient.ReadInt32("100").Content;      // 读取寄存器100-101的int值
    uint uint100 = busTcpClient.ReadUInt32("100").Content;   // 读取寄存器100-101的uint值
    float float100 = busTcpClient.ReadFloat("100").Content; // 读取寄存器100-101的float值
    long long100 = busTcpClient.ReadInt64("100").Content;    // 读取寄存器100-103的long值
    ulong ulong100 = busTcpClient.ReadUInt64("100").Content; // 读取寄存器100-103的ulong值
    double double100 = busTcpClient.ReadDouble("100").Content; // 读取寄存器100-103的double值
    string str100 = busTcpClient.ReadString("100", 5).Content;// 读取100到104共10个字符的字符串
 
    // 写入操作
    busTcpClient.WriteCoil("100", true);// 写入线圈100为通
    busTcpClient.Write("100", (short)12345);// 写入寄存器100为12345
    busTcpClient.Write("100", (ushort)45678);// 写入寄存器100为45678
    busTcpClient.Write("100", 123456789);// 写入寄存器100-101为123456789
    busTcpClient.Write("100", (uint)123456778);// 写入寄存器100-101为123456778
    busTcpClient.Write("100", 123.456);// 写入寄存器100-101为123.456
    busTcpClient.Write("100", 12312312312414L);//写入寄存器100-103为一个大数据
    busTcpClient.Write("100", 12634534534543656UL);// 写入寄存器100-103为一个大数据
    busTcpClient.Write("100", 123.456d);// 写入寄存器100-103为一个双精度的数据
    busTcpClient.Write("100", "K123456789");
     
}

下面再分别讲解严格的操作，以及批量化的复杂的读写操作，假设你要读取1000个M，循环读取1千次可能要3秒钟，如果用了下面的批量化读取，只需要50ms，但是需要你对字节的原理比较熟悉才能得心应手的处理

读取线圈API：

在此处举例读取地址为0，长度为10的线圈数量，读取出来的数据已经自动转化成了bool数组，方便的进行二次处理：

private void userButton8_Click(object sender,EventArgs e)
{
    HslCommunication.OperateResult<bool[]> read = busTcpClient.ReadCoil("0", 10);
    if(read.IsSuccess)
    {
        bool coil_0 = read.Content[0];
        bool coil_1 = read.Content[1];
        bool coil_2 = read.Content[2];
        bool coil_3 = read.Content[3];
        bool coil_4 = read.Content[4];
        bool coil_5 = read.Content[5];
        bool coil_6 = read.Content[6];
        bool coil_7 = read.Content[7];
        bool coil_8 = read.Content[8];
        bool coil_9 = read.Content[9];
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(read.ToMessageShowString());
    }
}

　　当然也可以用组件提供的数据转换API实现数据提取：

读取离散数据：

读取离散数据和读取线圈的代码几乎是一致的，处理方式也是一致的，只是方法名称改成了：

private void userButton8_Click(object sender,EventArgs e)
{
    HslCommunication.OperateResult<bool[]> read = busTcpClient.ReadDiscrete("0", 10);
    if(read.IsSuccess)
    {
        bool coil_0 = read.Content[0];
        bool coil_1 = read.Content[1];
        bool coil_2 = read.Content[2];
        bool coil_3 = read.Content[3];
        bool coil_4 = read.Content[4];
        bool coil_5 = read.Content[5];
        bool coil_6 = read.Content[6];
        bool coil_7 = read.Content[7];
        bool coil_8 = read.Content[8];
        bool coil_9 = read.Content[9];
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(read.ToMessageShowString());
    }
}

读取寄存器数据：

假设我们需要读取地址为0，长度为10的数据，也即是10个数据，每个数据2个字节，总计20个字节的数据。下面解析数据前，先进行了假设，你在解析自己的数据前可以参照下面的解析

private void userButton10_Click(object sender, EventArgs e)
{
    HslCommunication.OperateResult<byte[]> read = busTcpClient.Read("0", 10);
    if (read.IsSuccess)
    {
        // 共返回20个字节，每个数据2个字节，高位在前，低位在后
        // 在数据解析前需要知道里面到底存了什么类型的数据，所以需要进行一些假设：
        // 前两个字节是short数据类型
        short value1 = busTcpClient.ByteTransform.TransInt16(read.Content, 0);<br>
        // 接下来的2个字节是ushort类型
        ushort value2 = busTcpClient.ByteTransform.TransUInt16(read.Content, 2);<br>
        // 接下来的4个字节是int类型
        int value3 = busTcpClient.ByteTransform.TransInt32(read.Content, 4);<br>
        // 接下来的4个字节是float类型
        float value4 = busTcpClient.ByteTransform.TransFloat(read.Content, 8);<br>
        // 接下来的全部字节，共8个字节是规格信息
        string speci = Encoding.ASCII.GetString(read.Content, 12, 8);
 
        // 已经提取完所有的数据
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(read.ToMessageShowString());
    }
}

写一个线圈：

写一个线圈，这个相对比较简单，假设我们需要写入线圈0，为通

private void userButton11_Click(object sender, EventArgs e)
{
    HslCommunication.OperateResult write = busTcpClient.WriteCoil("0", true);
    if (write.IsSuccess)
    {
        // 写入成功
        textBox1.Text = "写入成功";
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(write.ToMessageShowString());
    }
}

写一个寄存器：

写一个寄存器的操作也是非常的方便，在这里提供了三个重载的方法，允许使用三种方式写入：分别写入，short，ushort，byte三种：

private void userButton12_Click(object sender, EventArgs e)
{
    short value = -1234;
    HslCommunication.OperateResult write = busTcpClient.WriteOneRegister("0", value);
    if (write.IsSuccess)
    {
        // 写入成功
        textBox1.Text = "写入成功";
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(write.ToMessageShowString());
    }
}

private void userButton12_Click(object sender, EventArgs e)
{
    ushort value = 56713;
    HslCommunication.OperateResult write = busTcpClient.WriteOneRegister("0", value);
    if (write.IsSuccess)
    {
        // 写入成功
        textBox1.Text = "写入成功";
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(write.ToMessageShowString());
    }
}

private void userButton12_Click(object sender, EventArgs e)
{
    // 0x00为高位，0x10为低位
    HslCommunication.OperateResult write = busTcpClient.WriteOneRegister("0", 0x00, 0x10);
    if (write.IsSuccess)
    {
        // 写入成功
        textBox1.Text = "写入成功";
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(write.ToMessageShowString());
    }
}

批量写入线圈：

private void userButton13_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            // 线圈0为True，线圈1为false，线圈2为true.....等等，以此类推，数组长度多少，就写入多少线圈
            bool[] value = new bool[] { true, false, true, true, false, false };
            HslCommunication.OperateResult write = busTcpClient.WriteCoil("0", value);
            if (write.IsSuccess)
            {
                // 写入成功
                textBox1.Text = "写入成功";
            }
            else
            {
                MessageBox.Show(write.ToMessageShowString());
            }
        }

批量写入寄存器：

第一种情况写入一串short数组，这种情况比较简单：

private void userButton14_Click(object sender, EventArgs e)
{
    short[] value = new short[] { -1234, 467, 12345 };
    HslCommunication.OperateResult write = busTcpClient.Write("0", value);
    if (write.IsSuccess)
    {
        // 写入成功
        textBox1.Text = "写入成功";
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(write.ToMessageShowString());
    }
}

第二情况写入一串ushort数组，也是比较简单：

private void userButton14_Click(object sender, EventArgs e)
{
    ushort[] value = new ushort[] { 46789, 467, 12345 };
    HslCommunication.OperateResult write = busTcpClient.Write("0", value);
    if (write.IsSuccess)
    {
        // 写入成功
        textBox1.Text = "写入成功";
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(write.ToMessageShowString());
    }
}

比较复杂的是写入自定义的数据，按照上述读取寄存器，比如我需要写入寄存器0，寄存器1共同组成的一个int数据，那么我们这么写：

private void userButton15_Click(object sender, EventArgs e)
{
    int value = 12345678;// 等待写入的一个数据
 
    HslCommunication.OperateResult write = busTcpClient.Write("0", value);
    if (write.IsSuccess)
    {
        // 写入成功
        textBox1.Text = "写入成功";
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(write.ToMessageShowString());
    }
}

其他数据参考这个就行，如果有不明白的，可以联系上面的QQ群。

模式切换(支持热切换，想什么时候切换都可以)：

上面默认都是使用短连接的机制，如果需要使用长连接的话，这种通讯模式更加稳定。多线程已经同步。

private void userButton11_Click(object sender, EventArgs e)
{
    modBusTcpClient.ConnectServer();
}

执行完这一行代码后，一般在实例化后面就可以切换长连接了，会返回一个OperateResult对象，连接成功IsSuccess为True，后面所有的读写操作都调用同一个通信通道。如果想要切换回短连接。

modBusTcpClient.ConnectClose();

究极数据操作，使用原生的报文来操作数据：

传入一个字节数组，数据内容和原生的数据一致，比如我要通过原生API读取寄存器地址为0，长度为3的数据，那么字节的HEX标识形式为 00 00 00 00 00 06 00 03 00 00 00 03

private void userButton2_Click(object sender, EventArgs e)
{
    byte[] data = HslCommunication.BasicFramework.SoftBasic.HexStringToBytes("00 00 00 00 00 06 00 03 00 00 00 03");
 
    HslCommunication.OperateResult<byte[]> read = busTcpClient.ReadFromCoreServer(data);
    if(read.IsSuccess)
    {
        // 获取结果，并转化为Hex字符串，方便显示
        string result = HslCommunication.BasicFramework.SoftBasic.ByteToHexString(read.Content, ' ');
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(read.ToMessageShowString());
    }
}

　　上述代码在操作时用了一个转化机制，输入为十六进制的文本，转化为byte[]数据，中间的分割符可以为空格，可以为'-'，也可以为','，'_'等等等等，调用了组件基础的数据转化功能。

只有连接对象和IO对象才需要释放，其他的对象都是托管的对象，如果你想手动回收：
busTcpClient.ConnectClose( );
busTcpClient = null;