【C#】CS学习之Modbus通讯

忿忿的泥巴坨 · 2025-3-21 18:46:33

摘要
本文详细描述了如安在在C#的Winform应用步伐中利用NModbus库实现Modbus通讯，包罗读取保持寄存器、以及相应的UI界面筹划和变乱处置惩罚。

媒介

应用场景

Modbus 从站广泛应用于工业自动化领域：
1、传感器数据采集（如温度、压力等）
2、执行器控制（如电机、阀门等）
3、设备监控与故障诊断。
  Modbus 从站（Slave）是 Modbus 通讯协议中的响应设备，负责接收并执行来自主站（Master）的请求。
Modbus 从站是被动设备，它不能自动发起通讯，只能响应主站的请求。从站的主要功能包罗：
1、接收主站的指令（如读取数据或执行操作）。
2、执行相应的操作（如读取寄存器值或设置参数）。
3、返反响应数据或错误码给主站。
  通讯模式

Modbus 从站支持多种通讯模式：
1、Modbus RTU/ASCII：通过串口（如 RS485）举行通讯，从站监听串口链路并响应主站指令。
2、Modbus TCP：通过以太网举行通讯，从站作为服务器监听 TCP 端口（默认 502 端口）并处置惩罚客户端请求。
  寄存器范例

Modbus 从站通常管理四种范例的寄存器：
1、线圈（Coils）：可读写的二进制状态（如开关状态）。
2、离散输入（Discrete Inputs）：只读的二进制状态。
3、保持寄存器（Holding Registers）：可读写的16位数据。
4、输入寄存器（Input Registers）：只读的16位数据。
  实现步骤

1、创建TcpListener并启动侦听
2、创建Modbus从站数据存储
3、初始化数据
4、创建Modbus从站
5、创建Modbus TCP从站网络
6、添加从站到网络
7、异步侦听网络
  运行结果

代码

Frm_ModbusService

public partial class Frm_ModbusService : Form
{
#region 字段
//定时器
Timer timer = null;
ModbusService modbusService = null;
#endregion
#region 构造函数、初始化
public Frm_ModbusService()
{
InitializeComponent();
CenterToParent();
CenterToScreen();
}
private void ModbusService_Load(object sender, EventArgs e)
{
Initialize();
}
private void ModbusService_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
{
modbusService.Stop();
}
#endregion
/// <summary>
/// 初始化控件状态
/// </summary>
public void InitializeControlsState()
{
tbx_IPAddress.Text = modbusService.IpAddress.ToString();
tbx_OpenPort.Text = modbusService.Port.ToString();
tbx_StartAddress.Text = modbusService.StartAddress.ToString();
tbx_SlaveID.Text = modbusService.SlaveId.ToString();
}
/// <summary>
/// 初始化
/// </summary>
public void Initialize()
{
modbusService = new ModbusService();
modbusService.MessageUpdateHandler += OnUpdataMessage;
InitializeControlsState();
UpdataControlsState(modbusService.IsRunning);
timer = new Timer();
timer.Interval = 100;
timer.Tick += Timer_Tick;
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;
//10行
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 });
}
/// <summary>
/// 定时器方法
/// </summary>
private void Timer_Tick(object sender, EventArgs e)
{
var array = modbusService.DataStore.HoldingRegisters.ReadPoints(modbusService.StartAddress, 10);
for (int i = 0; i < array.Length; i++)
{
dataGridView.Rows[i].Cells[0].Value = (modbusService.StartAddress+ i);
dataGridView.Rows[i].Cells[1].Value = array[i];
}
}
/// <summary>
/// 启动按钮
/// </summary>
private void btn_Start_Click(object sender, EventArgs e)
{
try
{
if (!modbusService.IsRunning)
{
modbusService.Start();
timer.Start();
UpdataControlsState(modbusService.IsRunning);
}
else
{
modbusService.Stop();
timer.Stop();
UpdataControlsState(modbusService.IsRunning);
UpdataMessage("Modbus服务停止");
}
}
catch (Exception ex)
{
modbusService.Stop();
timer.Stop();
UpdataControlsState(modbusService.IsRunning);
UpdataMessage($"Modbus服务异常停止:{ex.Message}");
}
}
/// <summary>
/// 更新消息
/// </summary>
private void UpdataMessage(string message)
{
tbx_Output.BeginInvoke(new Action(() =>
{
if (tbx_Output.Lines.Length>100)
{
tbx_Output.Clear();
}
tbx_Output.AppendText($"{DateTime.Now.ToString()}】{message}\r\n");
}));
}
/// <summary>
/// 更新消息
/// </summary>
private void OnUpdataMessage(object sender, string message)
{
UpdataMessage(message);
}
/// <summary>
/// 更新控件状态
/// </summary>
private void UpdataControlsState(bool isRunning)
{
if (isRunning)
{
tbx_IPAddress.Enabled = false;
tbx_OpenPort.Enabled = false;
tbx_SlaveID.Enabled = false;
btn_Start.Text = "关闭";
}
else
{
tbx_IPAddress.Enabled = true;
tbx_OpenPort.Enabled = true;
tbx_SlaveID.Enabled = true;
btn_Start.Text = "启动";
}
}
#region 参数变更
/// <summary>
/// IP地址变更
/// </summary>
private void tbxIPAddress_TextChanged(object sender, EventArgs e)
{
if (IPAddress.TryParse(tbx_IPAddress.Text,out IPAddress result))
{
modbusService.IpAddress = result;
}
else
{
tbx_IPAddress.Text = modbusService.IpAddress.ToString();
}
}
/// <summary>
/// 端口变更
/// </summary>
private void tbxOpenPort_TextChanged(object sender, EventArgs e)
{
if (ushort.TryParse(tbx_OpenPort.Text, out ushort result))
{
modbusService.Port = result;
}
else
{
tbx_OpenPort.Text = modbusService.Port.ToString();
}
}
/// <summary>
/// 起始地址变更
/// </summary>
private void tbx_StartAddress_TextChanged(object sender, EventArgs e)
{
if (ushort.TryParse(tbx_StartAddress.Text, out ushort result))
{
modbusService.StartAddress = result;
}
else
{
tbx_StartAddress.Text = modbusService.StartAddress.ToString();
}
}
/// <summary>
/// 站ID变更
/// </summary>
private void tbx_SlaveID_TextChanged(object sender, EventArgs e)
{
if (byte.TryParse(tbx_SlaveID.Text, out byte result))
{
modbusService.SlaveId = result;
}
else
{
tbx_SlaveID.Text = modbusService.SlaveId.ToString();
}
}
#endregion
}
}

复制代码

ModbusService

public class ModbusService
{
#region 字段、属性
public event EventHandler<string> MessageUpdateHandler;
private IPAddress ipAddress = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
private int port = 502; //端口
private byte slaveId = 1; // 从站地址
private ushort startAddress = 0; //起始地址
private bool isRunning = false; //运行状态
private TcpListener tcpListener = null; //创建Modbus服务器
private DefaultSlaveDataStore dataStore = null; //默认从站数据存储
private ModbusFactory factory = null; //Bodbus工厂
private IModbusSlave slave = null; //modbus从站
IModbusTcpSlaveNetwork slaveNetwork = null; //ModbusTcp从站网络
public IPAddress IpAddress { get => ipAddress; set => ipAddress = value; }
public int Port { get => port; set => port = value; }
public byte SlaveId { get => slaveId; set => slaveId = value; }
public ushort StartAddress { get => startAddress; set => startAddress = value; }
public bool IsRunning { get => isRunning; set => isRunning = value; }
public TcpListener TcpListener { get => tcpListener; set => tcpListener = value; }
public DefaultSlaveDataStore DataStore { get => dataStore; set => dataStore = value; }
public ModbusFactory Factory { get => factory; set => factory = value; }
public IModbusSlave Slave { get => slave; set => slave = value; }
public IModbusTcpSlaveNetwork SlaveNetwork { get => slaveNetwork; set => slaveNetwork = value; }
#endregion
public ModbusService() {}
/// <summary>
/// 初始化从站数据存储
/// </summary>
private void InitializeDataStore(DefaultSlaveDataStore dataStore)
{
// 初始化保持寄存器
dataStore.HoldingRegisters.WritePoints(0, new ushort[] { 0 });
// 初始化输入寄存器
dataStore.InputRegisters.WritePoints(0, new ushort[] { 0 });
// 初始化线圈
dataStore.CoilDiscretes.WritePoints(0, new bool[] { false });
// 初始化离散输入
dataStore.CoilInputs.WritePoints(0, new bool[] { false });
}
/// <summary>
/// 启动按钮
/// </summary>
public void Start()
{
try
{
if (!IsRunning)
{
// 创建TcpListener并启动
TcpListener = new TcpListener(IpAddress, Port);
//启动侦听
TcpListener.Start();
// 创建Modbus从站数据存储
DataStore = new DefaultSlaveDataStore();
// 初始化数据
InitializeDataStore(DataStore);
// 创建Modbus从站
Factory = new ModbusFactory();
Slave = Factory.CreateSlave(1, DataStore);
// 创建Modbus TCP从站网络
SlaveNetwork = Factory.CreateSlaveNetwork(TcpListener);
// 添加从站到网络
SlaveNetwork.AddSlave(Slave);
//异步侦听网络
SlaveNetwork.ListenAsync();
IsRunning = true;
OnUpdataMessage("Modbus服务启动");
}
}
catch (Exception ex)
{
Stop();
OnUpdataMessage($"Modbus服务异常停止:{ex.Message}");
}
}
public void Stop()
{
TcpListener?.Stop();
SlaveNetwork?.Dispose();
DataStore = null;
Factory = null;
Slave = null;
IsRunning = false;
}
/// <summary>
/// 消息更新
/// </summary>
private void OnUpdataMessage(string message)
{
MessageUpdateHandler?.Invoke(this,message);
}
}

复制代码

结语

总结来说，Modbus 从站是 Modbus 网络中的关键构成部分，负责响应主站指令并执行相应操作。广泛应用于工业自动化和设备控制。

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