C# ModBus Tcp读写数据 与服务器进行通讯 安卓modbus tcp
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。
联系作者及加群方式（激活码在群里发放）：http://www.hslcommunication.cn/Cooperation
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
组件API地址：http://www.cnblogs.com/dathlin/p/7703805.html
本组件支持 ModbusTcp, ModbusRtu, ModbusAscii, ModbusRtuOverTcp, ModbusUdp, 你可以根据自己的需求来选择，就是一开始实例化不一样，实际的api使用习惯都是一样的。下面的逻辑也是一样的。
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，
- 0x04 读取输入寄存器的值,
- 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，
- 0x16 掩码操作功能码，可用于写入寄存器的位，需要设备方支持，目前测试大部分的设备都不支持！
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，以下的Modbus tcp测试工具，可直接用于读写测试。
下载地址为：HslCommunicationDemo.zip
当然如果是还是觉得麻烦的话，可以连接HSL的官方虚拟modbus，IP地址：118.24.36.220 端口 502 该端口不一定连接成功，如果不成功，可以联系群主修复。
关于地址的特别说明
在modbus里，地址一般分为四种，线圈，输入线圈，寄存器，输入寄存器。
比如地址100，并不能知道到底哪种地址，所以为了区分四种地址，有些设备会在地址前面加标记信息，通常是
线圈： 0~9999
输入线圈 10001~ 19999 或是 100001~165536
寄存器 40001~49999 或是 400001~465536
输入寄存器 30001~39999 或是 300001~365536
但是在HSL里面，不是这样的表示方式，读写bool时，默认是线圈，如果读取输入线圈，地址为 x=2;100
读写寄存器时，默认是保持性寄存器，如果读取输入寄存器，地址为 x=4;100 这个4表示使用功能码04的意思。
更详细的可以参考 http://api.hslcommunication.cn/html/8b0255a2-7125-a4ed-7a9c-14314e33603a.htm
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
如果需要手机版的测试连接的APP的示例
请加群下载，或是在华为，小米，应用宝等APP应用商店搜索HslCommunicaition 进行下载安装！
引用命名空间
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();
切记，不能搞个定时器，使用 busTcpClient.ConnectServer(); 来频繁检测是否断线 是错误的操作，如果需要检测是否断线，读一个绝对可以读的数据比较稳妥。
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.ReadBool("100").Content; // 读取线圈100的通断
bool inputCoil = busTcpClient.ReadBool("x=2;100").Content; // 读入输入线圈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.Write("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
读取寄存器某个位：
此处演示读取寄存器地址100的第1位
bool coil100 = busTcpClient.ReadBool("100.1").Content; // 读取寄存器100的第0位通断
当然，输入寄存器也是可以的
bool coil100 = busTcpClient.ReadBool("x=4;100.1").Content; // 读取输入寄存器100的第0位通断
修改寄存器某个位：
当然写入寄存器的某一位，需要设备方对掩码0x16功能码的支持
OperateResult write= busTcpClient.Write("100.1", true);
如果设备方不支持这个功能码，就只能使用婉转的替代方案了。那就是读字，修改位，再写入字，效果如下
ModbusTcpNet modbus = new ModbusTcpNet( "192.168.0.1" ); // 实例化
modbus.SetPersistentConnection( );
// 先读取出来字
OperateResult<short> read = modbus.ReadInt16( "100" );
if (!read.IsSuccess) return;
// 修改我们需要修改的位
short value = read.Content;
value = (short)(value | 0x02); // 修改第二个位，其他位参考注释
//value = (short)(value | 0x01); // 修改第一个位
//value = (short)(value | 0x04); // 修改第3个位
//value = (short)(value | 0x08); // 修改第4个位
//value = (short)(value | 0x10); // 修改第5个位
//value = (short)(value | 0x20); // 修改第6个位
//value = (short)(value | 0x40); // 修改第7个位
//value = (short)(value | 0x80); // 修改第8个位
//value = (short)(value | 0x100); // 修改第9个位
//value = (short)(value | 0x200); // 修改第10个位
//value = (short)(value | 0x400); // 修改第11个位
//value = (short)(value | 0x800); // 修改第12个位
//value = (short)(value | 0x1000); // 修改第13个位
//value = (short)(value | 0x2000); // 修改第14个位
//value = (short)(value | 0x4000); // 修改第15个位
//value = (short)(value | 0x8000); // 修改第16个位
// 然后写入回去
OperateResult write = modbus.Write( "100", value );
if (write.IsSuccess)
{
Console.WriteLine( "Write Success" );
}
else
{
Console.WriteLine( "Write Failed, reason: " + write.Message );
}
写入false到位的情况参考线的代码
// 如果是写0
short value = (short)(value & 0xfffe); // 修改第1个位，其他位参考注释
//value = (short)(value & 0xfffd); // 修改第2个位
//value = (short)(value & 0xfffb); // 修改第3个位
//value = (short)(value & 0xfff7); // 修改第4个位
//value = (short)(value & 0xffef); // 修改第5个位
//value = (short)(value & 0xffdf); // 修改第6个位
//value = (short)(value & 0xffbf); // 修改第7个位
//value = (short)(value & 0xff7f); // 修改第8个位
//value = (short)(value & 0xfeff); // 修改第9个位
//value = (short)(value & 0xfdff); // 修改第10个位
//value = (short)(value & 0xfbff); // 修改第11个位
//value = (short)(value & 0xf7ff); // 修改第12个位
//value = (short)(value & 0xefff); // 修改第13个位
//value = (short)(value & 0xdfff); // 修改第14个位
//value = (short)(value & 0xbfff); // 修改第15个位
//value = (short)(value & 0x7fff); // 修改第16个位
OperateResult write = modbus.Write( "100", value );
if (write.IsSuccess)
{
Console.WriteLine( "Write Success" );
}
else
{
Console.WriteLine( "Write Failed, reason: " + write.Message );
}
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.ReadBool("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)
{
// 等同于 busTcpClient.ReadBool("x=2;0", 10);
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);
// 接下来的2个字节是ushort类型
ushort value2 = busTcpClient.ByteTransform.TransUInt16(read.Content, 2);
// 接下来的4个字节是int类型
int value3 = busTcpClient.ByteTransform.TransInt32(read.Content, 4);
// 接下来的4个字节是float类型
float value4 = busTcpClient.ByteTransform.TransFloat(read.Content, 8);
// 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.Write("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.Write("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.Write("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.Write("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Modbus的核心报文来操作数据：
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 03 00 00 00 03
private void userButton2_Click(object sender, EventArgs e)
{
byte[] data = HslCommunication.BasicFramework.SoftBasic.HexStringToBytes("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。
