C#实现Modbus通信的详细教程(支持TCP和RTU)_C#

引言

modbus 协议是一种广泛应用于工业自动化中的通信协议，用于在设备之间进行数据交换。它基于主/从架构，并支持多种传输方式，如 modbus tcp 和 modbus rtu。由于其简洁、可靠和开放性，modbus 被广泛应用于 scada 系统、plc（可编程逻辑控制器）、传感器以及其他嵌入式系统。

在本文中，我们将使用 c# 编程语言和开源库 nmodbus，展示如何轻松实现 modbus 通信，支持 modbus tcp 和 modbus rtu 两种通信方式。

1. 准备工作

在开始编写代码之前，你需要做一些准备工作：

nmodbus 库：nmodbus 是一个用 c# 实现的开源 modbus 协议库，支持 modbus rtu 和 modbus tcp。我们将利用这个库来简化 modbus 协议的实现。
安装 nmodbus 库：你可以通过 nuget 包管理器或者 .net cli 安装 nmodbus。

打开 visual studio 中的 nuget 包管理器控制台，运行以下命令来安装 nmodbus：

install-package nmodbus

或者，使用 .net cli：

dotnet add package nmodbus

2. modbus tcp 客户端实现

modbus tcp 是基于以太网的协议，通信速度较快，适用于大多数现代设备。如果你有一个支持 modbus tcp 协议的设备或服务器，以下是如何在 c# 中实现一个简单的 modbus tcp 客户端。

代码示例：modbus tcp 客户端

using system;
using system.net.sockets;
using modbus.device;  // 引入 nmodbus 库
 
class program
{
    static void main(string[] args)
    {
        // 1. 连接到 modbus 服务器（modbus tcp）
        string ipaddress = "192.168.0.100"; // 设备的 ip 地址
        int port = 502; // modbus tcp 默认端口
        var client = new tcpclient(ipaddress, port);
 
        // 2. 获取 modbus tcp 设备的协议客户端
        var modbustcpmaster = modbustcpmaster.createip(client);
 
        // 3. 读取从站设备的寄存器
        ushort startaddress = 0;  // 寄存器起始地址
        ushort numregisters = 10; // 读取 10 个寄存器
 
        try
        {
            // 读取保持寄存器
            ushort[] registers = modbustcpmaster.readholdingregisters(startaddress, numregisters);
            
            // 输出结果
            console.writeline("读取到的寄存器值：");
            foreach (var register in registers)
            {
                console.writeline(register);
            }
        }
        catch (exception ex)
        {
            console.writeline($"读取错误: {ex.message}");
        }
 
        // 4. 关闭连接
        client.close();
    }
}

代码解析：

连接到 modbus 服务器：使用 tcpclient 与 modbus 设备建立 tcp 连接。指定设备的 ip 地址和端口（默认为 502）。
创建 modbus 客户端：通过 modbustcpmaster.createip(client) 创建一个 modbus 客户端，支持读写数据。
读取保持寄存器：通过 readholdingregisters 方法从设备读取指定地址的多个寄存器的值。
关闭连接：通信完成后，关闭与设备的连接。

常用 modbus 操作：

读取寄存器：readholdingregisters()、readinputregisters()。
写入寄存器：writesingleregister()、writemultipleregisters()。

3. modbus rtu 客户端实现

modbus rtu（remote terminal unit）是基于串口通信的协议，常用于嵌入式设备和远程设备的通信。modbus rtu 适用于较为简单的设备，尤其是需要通过串口（如 rs232 或 rs485）通信的情况。

代码示例：modbus rtu 客户端

using system;
using system.io.ports;
using modbus.device;  // 引入 nmodbus 库
 
class program
{
    static void main(string[] args)
    {
        // 1. 通过串口连接到 modbus 设备
        string portname = "com1";  // 串口名称
        int baudrate = 9600;       // 波特率
        int parity = 0;            // 校验位，0: 无校验，1: 偶校验，2: 奇校验
        int databits = 8;          // 数据位
        int stopbits = 1;          // 停止位
 
        var serialport = new serialport(portname, baudrate, (parity)parity, databits, (stopbits)stopbits);
        serialport.open();
 
        // 2. 创建 modbus rtu 主机对象
        var modbusrtumaster = modbusserialmaster.creatertu(serialport);
 
        // 3. 读取从站设备的寄存器
        ushort startaddress = 0;   // 寄存器起始地址
        ushort numregisters = 10;  // 读取 10 个寄存器
 
        try
        {
            // 读取保持寄存器（从站地址为 1）
            ushort[] registers = modbusrtumaster.readholdingregisters(1, startaddress, numregisters);
 
            // 输出结果
            console.writeline("读取到的寄存器值：");
            foreach (var register in registers)
            {
                console.writeline(register);
            }
        }
        catch (exception ex)
        {
            console.writeline($"读取错误: {ex.message}");
        }
 
        // 4. 关闭串口连接
        serialport.close();
    }
}

代码解析：

配置串口连接：使用 serialport 类设置串口连接，包括端口号、波特率、校验位等。
创建 modbus rtu 客户端：通过 modbusserialmaster.creatertu() 创建 modbus rtu 客户端。
读取寄存器：通过 readholdingregisters 方法读取指定从站地址和寄存器范围的数据。
关闭串口连接：通信完成后，关闭串口。

常见 modbus rtu 操作：

读取数据：readcoils()、readdiscreteinputs()、readholdingregisters()、readinputregisters()。
写入数据：writesinglecoil()、writesingleregister()、writemultiplecoils()、writemultipleregisters()。

4. 错误处理和调试

在实际使用 modbus 协议进行通信时，错误处理和调试至关重要。常见的错误包括连接超时、通信中断、数据格式错误等。

错误处理示例：

try
{
    // 读取寄存器
    ushort[] registers = modbustcpmaster.readholdingregisters(startaddress, numregisters);
}
catch (socketexception ex)
{
    console.writeline($"网络错误：{ex.message}");
}
catch (ioexception ex)
{
    console.writeline($"i/o 错误：{ex.message}");
}
catch (exception ex)
{
    console.writeline($"未知错误：{ex.message}");
}

通过捕获不同类型的异常，你可以更精确地定位问题所在，便于调试和修复。