C#中modbus Tcp协议的数据抓取和使用方法

发布时间：2022-07-20 09:37:02 作者：iii
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C#中Modbus TCP协议的数据抓取和使用方法

引言

Modbus是一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议，它支持多种传输方式，包括串行通信（Modbus RTU/ASCII）和以太网通信（Modbus TCP）。Modbus TCP协议是基于TCP/IP协议的Modbus协议变种，广泛应用于现代工业控制系统中。

本文将详细介绍如何在C#中实现Modbus TCP协议的数据抓取和使用方法。我们将从Modbus TCP协议的基本概念入手，逐步深入到如何在C#中实现Modbus TCP通信，并最终实现数据的抓取和使用。

Modbus TCP协议概述

1. Modbus协议简介

Modbus协议由Modicon公司于1979年开发，主要用于工业自动化设备之间的通信。它是一种主从式协议，支持多种传输方式，包括串行通信（Modbus RTU/ASCII）和以太网通信（Modbus TCP）。

2. Modbus TCP协议的特点

Modbus TCP协议是基于TCP/IP协议的Modbus协议变种，具有以下特点：

基于TCP/IP协议：Modbus TCP协议使用标准的TCP/IP协议栈，可以在以太网上进行通信。
简单易用：Modbus TCP协议的帧结构简单，易于实现和调试。
广泛应用：Modbus TCP协议广泛应用于工业自动化领域，支持多种设备之间的通信。

3. Modbus TCP协议的帧结构

Modbus TCP协议的帧结构如下：

字段	长度（字节）	描述
事务标识符	2	用于标识请求和响应对
协议标识符	2	固定为0x0000，表示Modbus协议
长度	2	表示后续字段的长度
单元标识符	1	用于标识从站设备
功能码	1	表示请求的操作类型
数据	N	请求或响应的数据

Modbus TCP协议的工作原理

1. 主从通信模型

Modbus TCP协议采用主从通信模型，主站（Master）负责发起请求，从站（Slave）负责响应请求。主站可以同时与多个从站通信，但从站只能响应主站的请求。

2. 通信流程

Modbus TCP协议的通信流程如下：

建立TCP连接：主站与从站之间建立TCP连接。
发送请求：主站向从站发送Modbus请求帧。
接收响应：从站接收请求帧并处理，然后向主站发送响应帧。
关闭TCP连接：通信完成后，主站关闭TCP连接。

3. 功能码

Modbus TCP协议支持多种功能码，用于表示不同的操作类型。常见的功能码如下：

功能码	描述
0x01	读取线圈状态
0x02	读取离散输入状态
0x03	读取保持寄存器
0x04	读取输入寄存器
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

C#中实现Modbus TCP通信的基本步骤

1. 创建TCP客户端

在C#中，可以使用TcpClient类来创建TCP客户端，并与Modbus TCP从站建立连接。

using System.Net.Sockets;

TcpClient client = new TcpClient("192.168.1.1", 502);

2. 发送Modbus请求帧

创建Modbus请求帧并发送到从站。Modbus请求帧的格式如下：

字段	长度（字节）	描述
事务标识符	2	用于标识请求和响应对
协议标识符	2	固定为0x0000，表示Modbus协议
长度	2	表示后续字段的长度
单元标识符	1	用于标识从站设备
功能码	1	表示请求的操作类型
数据	N	请求或响应的数据

例如，读取保持寄存器的请求帧如下：

byte[] request = new byte[] {
    0x00, 0x01, // 事务标识符
    0x00, 0x00, // 协议标识符
    0x00, 0x06, // 长度
    0x01,       // 单元标识符
    0x03,       // 功能码（读取保持寄存器）
    0x00, 0x01, // 起始地址
    0x00, 0x02  // 寄存器数量
};

NetworkStream stream = client.GetStream();
stream.Write(request, 0, request.Length);

3. 接收Modbus响应帧

从站接收到请求帧后，会返回响应帧。响应帧的格式如下：

字段	长度（字节）	描述
事务标识符	2	用于标识请求和响应对
协议标识符	2	固定为0x0000，表示Modbus协议
长度	2	表示后续字段的长度
单元标识符	1	用于标识从站设备
功能码	1	表示请求的操作类型
数据	N	请求或响应的数据

例如，读取保持寄存器的响应帧如下：

byte[] response = new byte[1024];
int bytesRead = stream.Read(response, 0, response.Length);

// 解析响应帧
ushort transactionId = BitConverter.ToUInt16(response, 0);
ushort protocolId = BitConverter.ToUInt16(response, 2);
ushort length = BitConverter.ToUInt16(response, 4);
byte unitId = response[6];
byte functionCode = response[7];
byte[] data = new byte[length - 2];
Array.Copy(response, 8, data, 0, data.Length);

4. 关闭TCP连接

通信完成后，关闭TCP连接。

client.Close();

Modbus TCP数据抓取

1. 读取线圈状态

读取线圈状态的请求帧如下：

byte[] request = new byte[] {
    0x00, 0x01, // 事务标识符
    0x00, 0x00, // 协议标识符
    0x00, 0x06, // 长度
    0x01,       // 单元标识符
    0x01,       // 功能码（读取线圈状态）
    0x00, 0x01, // 起始地址
    0x00, 0x02  // 线圈数量
};

响应帧的格式如下：

字段	长度（字节）	描述
事务标识符	2	用于标识请求和响应对
协议标识符	2	固定为0x0000，表示Modbus协议
长度	2	表示后续字段的长度
单元标识符	1	用于标识从站设备
功能码	1	表示请求的操作类型
字节数	1	表示后续数据的字节数
数据	N	线圈状态数据

2. 读取离散输入状态

读取离散输入状态的请求帧如下：

byte[] request = new byte[] {
    0x00, 0x01, // 事务标识符
    0x00, 0x00, // 协议标识符
    0x00, 0x06, // 长度
    0x01,       // 单元标识符
    0x02,       // 功能码（读取离散输入状态）
    0x00, 0x01, // 起始地址
    0x00, 0x02  // 输入数量
};

响应帧的格式如下：

字段	长度（字节）	描述
事务标识符	2	用于标识请求和响应对
协议标识符	2	固定为0x0000，表示Modbus协议
长度	2	表示后续字段的长度
单元标识符	1	用于标识从站设备
功能码	1	表示请求的操作类型
字节数	1	表示后续数据的字节数
数据	N	离散输入状态数据

3. 读取保持寄存器

读取保持寄存器的请求帧如下：

byte[] request = new byte[] {
    0x00, 0x01, // 事务标识符
    0x00, 0x00, // 协议标识符
    0x00, 0x06, // 长度
    0x01,       // 单元标识符
    0x03,       // 功能码（读取保持寄存器）
    0x00, 0x01, // 起始地址
    0x00, 0x02  // 寄存器数量
};

响应帧的格式如下：

字段	长度（字节）	描述
事务标识符	2	用于标识请求和响应对
协议标识符	2	固定为0x0000，表示Modbus协议
长度	2	表示后续字段的长度
单元标识符	1	用于标识从站设备
功能码	1	表示请求的操作类型
字节数	1	表示后续数据的字节数
数据	N	保持寄存器数据

4. 读取输入寄存器

读取输入寄存器的请求帧如下：

byte[] request = new byte[] {
    0x00, 0x01, // 事务标识符
    0x00, 0x00, // 协议标识符
    0x00, 0x06, // 长度
    0x01,       // 单元标识符
    0x04,       // 功能码（读取输入寄存器）
    0x00, 0x01, // 起始地址
    0x00, 0x02  // 寄存器数量
};

响应帧的格式如下：

字段	长度（字节）	描述
事务标识符	2	用于标识请求和响应对
协议标识符	2	固定为0x0000，表示Modbus协议
长度	2	表示后续字段的长度
单元标识符	1	用于标识从站设备
功能码	1	表示请求的操作类型
字节数	1	表示后续数据的字节数
数据	N	输入寄存器数据

5. 写单个线圈

写单个线圈的请求帧如下：

byte[] request = new byte[] {
    0x00, 0x01, // 事务标识符
    0x00, 0x00, // 协议标识符
    0x00, 0x06, // 长度
    0x01,       // 单元标识符
    0x05,       // 功能码（写单个线圈）
    0x00, 0x01, // 线圈地址
    0xFF, 0x00  // 线圈状态（0xFF00表示ON，0x0000表示OFF）
};

响应帧的格式如下：

字段	长度（字节）	描述
事务标识符	2	用于标识请求和响应对
协议标识符	2	固定为0x0000，表示Modbus协议
长度	2	表示后续字段的长度
单元标识符	1	用于标识从站设备
功能码	1	表示请求的操作类型
线圈地址	2	写入的线圈地址
线圈状态	2	写入的线圈状态

6. 写单个保持寄存器

写单个保持寄存器的请求帧如下：

byte[] request = new byte[] {
    0x00, 0x01, // 事务标识符
    0x00, 0x00, // 协议标识符
    0x00, 0x06, // 长度
    0x01,       // 单元标识符
    0x06,       // 功能码（写单个保持寄存器）
    0x00, 0x01, // 寄存器地址
    0x00, 0x0A  // 寄存器值
};

响应帧的格式如下：

字段	长度（字节）	描述
事务标识符	2	用于标识请求和响应对
协议标识符	2	固定为0x0000，表示Modbus协议
长度	2	表示后续字段的长度
单元标识符	1	用于标识从站设备
功能码	1	表示请求的操作类型
寄存器地址	2	写入的寄存器地址
寄存器值	2	写入的寄存器值

7. 写多个线圈

写多个线圈的请求帧如下：

byte[] request = new byte[] {
    0x00, 0x01, // 事务标识符
    0x00, 0x00, // 协议标识符
    0x00, 0x09, // 长度
    0x01,       // 单元标识符
    0x0F,       // 功能码（写多个线圈）
    0x00, 0x01, // 起始地址
    0x00, 0x02, // 线圈数量
    0x01,       // 字节数
    0x03        // 线圈状态数据（0x03表示前两个线圈为ON）
};

响应帧的格式如下：

字段	长度（字节）	描述
事务标识符	2	用于标识请求和响应对
协议标识符	2	固定为0x0000，表示Modbus协议
长度	2	表示后续字段的长度
单元标识符	1	用于标识从站设备
功能码	1	表示请求的操作类型
起始地址	2	写入的起始地址
线圈数量	2	写入的线圈数量

8. 写多个保持寄存器

写多个保持寄存器的请求帧如下：

byte[] request = new byte[] {
    0x00, 0x01, // 事务标识符
    0x00, 0x00, // 协议标识符
    0x00, 0x0B, // 长度
    0x01,       // 单元标识符
    0x10,       // 功能码（写多个保持寄存器）
    0x00, 0x01, // 起始地址
    0x00, 0x02, // 寄存器数量
    0x04,       // 字节数
    0x00, 0x0A, // 寄存器值1
    0x00, 0x0B  // 寄存器值2
};

响应帧的格式如下：

字段	长度（字节）	描述
事务标识符	2	用于标识请求和响应对
协议标识符	2	固定为0x0000，表示Modbus协议
长度	2	表示后续字段的长度
单元标识符	1	用于标识从站设备
功能码	1	表示请求的操作类型
起始地址	2	写入的起始地址
寄存器数量	2	写入的寄存器数量

Modbus TCP数据的使用方法

1. 数据解析

在接收到Modbus响应帧后，需要对数据进行解析。根据功能码的不同，数据的解析方式也有所不同。

例如，读取保持寄存器的响应帧数据解析如下：

ushort[] registers = new ushort[data.Length / 2];
for (int i = 0; i < registers.Length; i++)
{
    registers[i] = BitConverter.ToUInt16(data, i * 2);
}

2. 数据处理

解析后的数据可以根据需要进行处理。例如，将保持寄存器的值转换为实际物理量：

float temperature = registers[0] / 10.0f;
float pressure = registers[1] / 100.0f;

3. 数据存储

处理后的数据可以存储到数据库或文件中，以便后续分析和使用。

using (StreamWriter writer = new StreamWriter("data.txt", true))
{
    writer.WriteLine($"Temperature: {temperature}, Pressure: {pressure}");
}

4. 数据展示

处理后的数据可以通过图形界面展示给用户。例如，使用Windows Forms或WPF创建一个简单的数据展示界面。

using System.Windows.Forms;

Form form = new Form();
Label label = new Label();
label.Text = $"Temperature: {temperature}, Pressure: {pressure}";
form.Controls.Add(label);
Application.Run(form);

常见问题与解决方案

1. 连接超时

问题描述：在建立TCP连接时，可能会出现连接超时

C#中modbus Tcp协议的数据抓取和使用方法

C#中Modbus TCP协议的数据抓取和使用方法

目录

引言

Modbus TCP协议概述

1. Modbus协议简介

2. Modbus TCP协议的特点

3. Modbus TCP协议的帧结构

Modbus TCP协议的工作原理

1. 主从通信模型

2. 通信流程

3. 功能码

C#中实现Modbus TCP通信的基本步骤

1. 创建TCP客户端

2. 发送Modbus请求帧

3. 接收Modbus响应帧

4. 关闭TCP连接

Modbus TCP数据抓取

1. 读取线圈状态

2. 读取离散输入状态

3. 读取保持寄存器

4. 读取输入寄存器

5. 写单个线圈

6. 写单个保持寄存器

7. 写多个线圈

8. 写多个保持寄存器

Modbus TCP数据的使用方法

1. 数据解析

2. 数据处理

3. 数据存储

4. 数据展示

常见问题与解决方案

1. 连接超时

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