前言
Modbus在工业控制中的应用非常多，由于其免费使用加上一定的历史环境，Modbus在PLC上的通讯应用非常多，本文主要介绍Mosbus TCP master（主站）的实现。
一、关于Modbus
Modbus是由MODICON公司开发的一种工业现场总线协议标准，随后施耐德推出了基于TCP/IP的MOdbus协议：Modbus tcp；
Modbus协议是一项应用层报文传输协议，包括ASCII、RTU、TCP三种报文类型。
标准的Modbus协议物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太网接口，采用master/slave方式通信。
Modbus有4种操作对象：线圈、离散输入、输入寄存器、保持寄存器
Coils、DiscreteInputs、InputRegisters、HoldingRegisters
- 线圈：PLC的输出位，开关量，在MOdbus中可读可写；
- 离散输入：PLC的输入位，开关量，在Modbus中只读；
- 输入寄存器：PLC中只能从模拟量输入端改变的寄存器，在MODBUS中只读
- 保持寄存器：PLC中用于输出模拟量信号的寄存器，在MODBUS中可读可写
由于是基于QT去实现的ModbusTCP通讯，所以对Modbus的功能码不需要做过多的掌握，了解即可。
二、Modbus TCP Master的实现
//主站的实现，一般都是上位机做主站，PLC做从站
1.封装自己的Modbus类
QT.pro文件中添加 serialbus 模块：
QT += core gui sql serialbus
让自定义类继承QObject，在头文件中添加相应的头文件
QModbusTcpClient 类 和 QModbusDataUnit 类
在自定义类中创建modbus TCP client 对象指针。
QModbusTcpClient *My_client;
2.Modbus 通过TCP/IP进行连接
自定义类的构造函数中实例化Modbus tcp对象：
My_client = new QModbusTcpClient();
Modbus TCP/IP协议进行连接的时候需要通过IP + Port ；
//端口号一般用502
1 /********************************************
2 * 函数名称：Connect_to_modbus(QString IP_address,int Port)
3 * 功能：连接到modbus设备
4 * 工作方式：
5 * 参数：
6 参数1：modbus设备的IP地址 QString 类型
7 参数2：modbus设备的端口号(一般用502) int 类型
8 * 返回值：成功返回true，失败返回fasle。
9 * 备注：
10 * 修改记录
11 *********************************************/
12 bool My_modbus_tcp::Connect_to_modbus(QString IP_address,int Port)
13 {
14 if(!My_client){
15 return false;
16 }
17
18 if (My_client->state() != QModbusDevice::ConnectedState) { //判断当前连接状态是否为断开状态
19
20 //配置modbus tcp的连接参数 IP + Port modbus协议的端口号为502
21 My_client->setConnectionParameter(QModbusDevice::NetworkAddressParameter,IP_address);
22 My_client->setConnectionParameter(QModbusDevice::NetworkPortParameter,Port);
23
24 if (!My_client->connectDevice()) {
25 qDebug()<< "连接modbus设备失败";
26 return false;
27 }
28 else {
29 qDebug()<< "成功连接到modbs设备";
30 return true;
31 }
32 }
33
34 else {
35 My_client->disconnectDevice();
36 return false;
37 }
38
39 }
上述代码qDebug()<< "成功连接到modbs设备"不太合理，判断连接成功其实应该以Modbus的连接状态来进行判断的。
连接状态参考帮助手册 enum QModbusDevice::State：
有UnconnectedState、ConnectingState、ConnectedState、ClosingState4种
QModbusClient 类自带了状态改变的信号：QModbusClient::stateChanged
//我在自定义类中添加了两个信号，statechange_on()和statechange_off()；用于判断当前是否连接
连接状态相关的代码如下：
先在自定义类的构造函数中绑定信号（QModbusClient::stateChanged）和槽（自定义槽函数）
1 connect(My_client, &QModbusClient::stateChanged,
2 this, &My_modbus_tcp::onStateChanged);//连接状态发生改变时处理函数（connect or discennect）
实现状态改变的槽函数，状态进行变化时发出相应的信号，可以使用该信号进行信号与槽的绑定实现状态改变时的功能。
1 /********************************************
2 * 函数名称：onStateChanged()
3 * 功能：监听TCP连接的状态，若状态发生改变，发出对应的信号
4 * 工作方式：
5 * 参数：无参数
6 * 返回值：无返回值
7 * 备注：
8 * 修改记录:
9 *********************************************/
10 void My_modbus_tcp::onStateChanged() //连接状态改变时的槽函数
11 {
12 if(My_client->state() == QModbusDevice::ConnectedState)
13 {
14 emit statechange_on();
15 }
16
17 else {
18 emit statechange_off();
19 }
20 }
3.Modbus 通过TCP/IP读取数据
Modbus对象的4种数据都可以进行读取，线圈和离散输入都是位数据，结果只能是0/1;输入寄存器和保持寄存器可以实现0x00~0xFF；
（1）读取线圈数据
1 /********************************************
2 * 函数名称：read_modbus_tcp_Coils(int start_add,quint16 numbers ,int Server_ID)
3 * 功能：发送读取modbus设备线圈数据请求
4 * 工作方式：
5 * 参数：
6 * 参数1：int start_add 读取的起始地址
7 * 参数2：quint16 numbers 读取的个数
8 * 参数3：int Server_ID Modbus的设备ID
9 * 返回值：成功返回true，失败返回fasle。
10 * 备注：
11 * 修改记录:
12 *********************************************/
13 bool My_modbus_tcp::read_modbus_tcp_Coils(int start_add,quint16 numbers,int Server_ID)
14 {
15 if (！My_client->state() == QModbusDevice::ConnectedState){
16 return false;
17 }
18
19 QModbusDataUnit ReadUnit(QModbusDataUnit::Coils,start_add,numbers);
20 qDebug()<< "配置ReadUnit完成";
21 if (auto *reply = My_client->sendReadRequest(ReadUnit, Server_ID)) //1是Server_ID
22 {
23 if (!reply->isFinished())
24 { qDebug()<< "准备进行信号与槽连接";
25 QObject::connect(reply, &QModbusReply::finished,this,&My_modbus_tcp::ReadReady_Coils);
26 qDebug()<<"进入读取的槽函数 ";
27 return true;
28 }
29 else
30 {
31 qDebug()<< "提前delete reply";
32 delete reply;
33 return false;
34 }
35
36 }
37
38 else {
39 qDebug()<< "提前退出";
40 return false;
41 }
42 }
1 /********************************************
2 * 函数名称：ReadReady_Coils()
3 * 功能：接收到读取请求后执行的槽函数
4 * 工作方式：
5 * 参数：无参数
6 * 返回值：没有返回值
7 * 备注：
8 * 修改记录
9 *********************************************/
10 void My_modbus_tcp::ReadReady_Coils()
11 {
12 qDebug()<< "开始执行槽函数";
13 QModbusReply *reply = qobject_cast<QModbusReply *>(sender());
14 if (!reply){
15 qDebug()<< "提前退出";
16 return ;
17 }
18 if (reply->error() == QModbusDevice::NoError)
19 { qDebug()<< "接收数据";
20 const QModbusDataUnit unit = reply->result();
21 for(uint16_t i=0; i< unit.valueCount(); i++)
22 {
23 /*
24 QByteArray AllData =unit.values(); //一次性读完
25 */
26
27 uint16_t res=unit.value(i); //一个一个读
28 Coils_Bufer[i] = static_cast<uint8_t>(res);
29 //读完将数据存储起来 Coils_Bufer[i] 自定的数组 用来存放数据
30
31 }
32
33 }
34 else
35 {
36 }
37
38 reply->deleteLater(); // delete the reply
39 emit my_readC_finished(); //coils读取完成后emit 读取完成的信号；
40
41 }
读取离散变量时和读取线圈数据一样，唯一区别就是配置读取数据单元时换成
QModbusDataUnit ReadUnit(QModbusDataUnit::DiscreteInputs,start_add,numbers);
离散变量读取完成时发出自己的信号（自定义信号）。
（2）读取保持寄存器数据
1 /********************************************
2 * 函数名称：read_modbus_tcp_HoldingRegisters(int start_add,quint16 numbers ,int Server_ID)
3 * 功能：发送读取modbus设备HoldingRegisters数据请求
4 * 工作方式：
5 * 参数
6 * 参数1：读取数据的起始地址
7 * 参数2：读取多少个数据
8 * 参数3：SerVer ID号
9 * 返回值：成功返回true，失败返回fasle。
10 * 备注：
11 * QModbusDataUnit ReadUnit(QModbusDataUnit::HoldingRegisters,参数1,参数2);
12 * 参数1：读取modbus设备的起始地址 int 类型
13 参数2：读取几个modbus数据 quint16 类型
14 * 修改记录:
15 *********************************************/
16 bool My_modbus_tcp::read_modbus_tcp_HoldingRegisters(int start_add,quint16 numbers ,int Server_ID)
17 {
18 QModbusDataUnit ReadUnit(QModbusDataUnit::HoldingRegisters,start_add,numbers);
19
20 if (auto *reply = My_client->sendReadRequest(ReadUnit, Server_ID)) //1是Server_ID
21 {
22 if (!reply->isFinished())
23 {
24 QObject::connect(reply, &QModbusReply::finished,this,&My_modbus_tcp::ReadReady_InputRegisters);
25
26 }
27 else
28 {
29 delete reply;
30 }
31
32 }
33
34 }
1 /********************************************
2 * 函数名称：ReadReady_HoldingRegisters()
3 * 功能：槽函数，发送请求成功后，接收数据将其存储在Hold_Bufer[]数组中
4 * 工作方式：
5 * 参数：无参数
6 * 返回值：没有返回值
7 * 备注：
8 * 修改记录
9 *********************************************/
10 void My_modbus_tcp::ReadReady_HoldingRegisters()
11 {
12 QModbusReply *reply = qobject_cast<QModbusReply *>(sender());
13 if (!reply){
14 return ;
15 }
16 if (reply->error() == QModbusDevice::NoError)
17 {
18 const QModbusDataUnit unit = reply->result();
19
20 for(uint16_t i=0; i< unit.valueCount(); )
21 {
22 uint16_t res=unit.value(i);
23 Input_Bufer[i] = static_cast<uint8_t>(res);
24 i++;
25 }
26
27 }
28 else
29 {
30 }
31
32 reply->deleteLater(); // delete the reply
33 emit my_readH_finished(); //自定义的信号
34 }
输入寄存器类似，换掉配置单元的数据即可。
（3）给线圈写入数据
1 /********************************************
2 * 函数名称： Write_modbus_tcp_Coils(QString str1,int star_add,int number)
3 * 功 能： 将想要修改的数据写入到modbus设备某个（某些）地址的Coils中。
4 * 工作方式：
5 * 参 数：
6 * 参数1：要写入的数据（例：1 0 1 0 1 0） QString 类型
7 * 参数2：写入数据的起始地址 int 类型
8 * 参数3：写入数据的个数 quint16
9 * 返回值：没有返回值
10 * 备注：一次性可以写入单个或者多个数据，取决于该函数执行时参数。
11 * 修改记录
12 *********************************************/
13 bool My_modbus_tcp::Write_modbus_tcp_Coils(QString str1,int star_add,int number)
14 {
15 quint16 number1 = static_cast<quint16>(number); //C++中的数据类型转换
16 QModbusDataUnit writeUnit(QModbusDataUnit::Coils,star_add,number1);
17
18 for (uint i1 = 0; i1 < writeUnit.valueCount(); i1++) {
19 int j1 = 2*i1;
20 QString stt = str1.mid (j1,1);
21 bool ok;
22 quint16 hex1 =stt.toInt(&ok,16);//将textedit中读取到的数据转换为16进制发送
23 writeUnit.setValue(i1,hex1);//设置发送数据
24 }
25
26 if (auto *reply = My_client->sendWriteRequest(writeUnit, 1)) {// ui->spinBox_SerAddress->value()是server address sendWriteRequest是向服务器写数据
27 if (!reply->isFinished()) { //reply Returns true when the reply has finished or was aborted.
28 connect(reply, &QModbusReply::finished, this, [this, reply]() {
29 if (reply->error() == QModbusDevice::ProtocolError) {
30 qDebug() << (tr("Write response error: %1 (Mobus exception: 0x%2)")
31 .arg(reply->errorString()).arg(reply->rawResult().exceptionCode(), -1, 16),
32 5000);
33 } else if (reply->error() != QModbusDevice::NoError) {
34 qDebug()<< (tr("Write response error: %1 (code: 0x%2)").
35 arg(reply->errorString()).arg(reply->error(), -1, 16), 5000);
36 }
37 reply->deleteLater();
38 });
39 } else {
40 // broadcast replies return immediately
41 reply->deleteLater();
42 }
43 } else {
44 qDebug() << (tr("Write error: ") + My_client->errorString(), 5000);
45 }
46
47 }
！！！写数据时必须转化位16进制写入
（4）给保持寄存器写数据
1 /********************************************
2 * 函数名称： Write_modbus_tcp_HoldingRegisters(QString str1,int star_add,int number)
3 * 功 能： 将想要修改的数据写入到modbus设备某个（某些）地址的HoldingRegisters中。
4 * 工作方式：
5 * 参 数：
6 * 参数1：要写入的数据（例：FF A0 00等） QString 类型
7 * 参数2：写入数据的起始地址 int 类型
8 * 参数3：写入数据的个数 quint16
9 * 返回值：没有返回值
10 * 备注：一次性可以写入单个或者多个数据，取决于该函数执行时参数。
11 * 修改记录
12 *********************************************/
13 bool My_modbus_tcp::Write_modbus_tcp_HoldingRegisters(QString str1,int star_add,int number)
14 {
15 qDebug()<< "准备写holding数据：：";
16 QByteArray str2 = QByteArray::fromHex (str1.toLatin1().data());//按十六进制编码接入文本
17 QString str3 = str2.toHex().data();//以十六进制显示
18
19 quint16 number1 = static_cast<quint16>(number);
20 QModbusDataUnit writeUnit(QModbusDataUnit::HoldingRegisters,star_add,number1);
21 int j1 = 0;
22 for (uint i1 = 0; i1 < writeUnit.valueCount(); i1++) {
23
24 if(i1 == 0){
25 j1 = static_cast<int>(2*i1);
26 }
27 else {
28 j1 = j1+3;
29 }
30 QString stt = str1.mid (j1,2);
31 bool ok;
32 quint16 hex1 =static_cast<quint16>(stt.toInt(&ok,16));//将textedit中读取到的数据转换为16进制发送
33 writeUnit.setValue(static_cast<int>(i1),hex1);//设置发送数据
34 }
35
36 if (auto *reply = My_client->sendWriteRequest(writeUnit, 1)) {// ui->spinBox_SerAddress->value()是server address sendWriteRequest是向服务器写数据
37 if (!reply->isFinished()) { //reply Returns true when the reply has finished or was aborted.
38 connect(reply, &QModbusReply::finished, this, [this, reply]() {
39 if (reply->error() == QModbusDevice::ProtocolError) {
40 qDebug() << (tr("Write response error: %1 (Mobus exception: 0x%2)")
41 .arg(reply->errorString()).arg(reply->rawResult().exceptionCode(), -1, 16),
42 5000);
43 } else if (reply->error() != QModbusDevice::NoError) {
44 qDebug()<< (tr("Write response error: %1 (code: 0x%2)").
45 arg(reply->errorString()).arg(reply->error(), -1, 16), 5000);
46 }
47 reply->deleteLater();
48 });
49 } else {
50 // broadcast replies return immediately
51 reply->deleteLater();
52 }
53 } else {
54 qDebug() << (tr("Write error: ") + My_client->errorString(), 5000);
55 }
56 }
