一、Modbus TCP通信概述

MODBUS/TCP是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产品，显而易见，它覆盖了使用TCP/IP协议的“Intranet”和“Internet”环境中MODBUS报文的用途。协议的最通用用途是为诸如PLC，I/O模块，以及连接其它简单域总线或I/O模块的网关服务的。

Modbus TCP协议是在RTU协议前面添加MBAP报文头，由于TCP是基于可靠连接的服务，RTU协议中的CRC校验码就不再需要，所以在Modbus TCP协议中是没有CRC校验码。(使用上的主要区别)。MBAP报文头：识( 2字节 ) 长度( 2字节 ) 单元标识符(1字节 )

目前Modbus TCP/IP协议主要应用领域Internet或Intranet中，而以太网传输距离远、传输速度快，使得应用范围广泛传输距离远、传输速度快，使得应用范围广泛。

二. Modbus TCP使用的功能代码

modbus的操作对象有四种：线圈、离散输入、输入寄存器、保持寄存器

线圈：PLC的输出位，开关量，在MODBUS中可读可写
离散量：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
根据对象的不同，modbus的功能码有：

0x01：读线圈
0x02：读离散量输入
0x03：读保持寄存器

0x04：读输入寄存器

0x05：写单个线圈
0x06：写单个保持寄存器
0x10：写多个保持寄存器
0x0F：写多个线圈

三、nmodbus4指南

NModbus4是一个基于C#的Modbus协议库，可用于与Modbus RTU、ASCII、TCP和UDP设备进行通信。NModbus4中文版相当于对原版进行了翻译，使得不懂英文的人能够更方便地使用这个开源库进行编程。NModbus4是用C#编写的Modbus通信协议库，它支持的Modbus协议包括Modbus RTU、ASCII、TCP和UDP，可用于编程读写Modbus设备的寄存器和线圈。它完全符合Modbus协议规范，同时通过使用的事件调用机制，能够实现断线重连的功能。

NModbus4是一个完全开源的库，可以在GitHub上免费下载和使用

四、Modbus TCP通讯应用举例

4.1：搭建西门子博途V15的环境

搭建西门子仿真环境，需要先前掌握这些，看本人这些博客

windows10企业版安装西门子博途V15---01准备环境

windows10企业版安装西门子博途V15---02安装软件

windows10企业版安装西门子博途V15---03安装仿真软件

windows10企业版安装西门子博途V15---04连接测试

4.2：熟悉modbusTCP环境

需要先前掌握这些，看本人这些博客

4.3：创建PLC仿真环境

4.4：博途V15创建项目

本文最后会提供这个项目，只要打开即可

4.5：创建数据块变量

4.6：创建tcp连接数据块

4.7：创建modbustcp通信模块

请注意，这里为什么是BYTE 20，是因为变量mf1到mf5共10寄存器，每个寄存器占2个字节，所以是20个字节，编译完成后，下载到Plc中

4.8：创建监控表

以上8个步骤就完成了modbustcp服务器，接下来搞程序，来读写Plc中的浮点数

4.9：创建winform项目

打开VS2019，创建窗体项目，布局很简单，4个button按钮

4.10：添加nmodbus4库

4.11：编写“nmodbus4读取一个float”代码

 /// <summary>
        /// nmodbus4读取一个float
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void button4_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //nmodbus4读取到的数据都是ushort类型
            tcpClient = new TcpClient();
            tcpClient.Connect("192.168.1.199", 6800);//连接到主机
            master = ModbusIpMaster.CreateIp(tcpClient);//Ip 主站  
            byte slaveAddr = byte.Parse("1");//从站地址
            //ushort[] ReadHoldingRegisters(byte slaveAddress, ushort startAddress, ushort numberOfPoints);表示读保持寄存器
            //slaveAddress从站地址（默认为1，通常也是1）
            //startAddress寄存器开始地址（这个地址是modbus的地址，不是Plc变量地址）
            //numberOfPoints寄存器数量（real类型占2个寄存器数量）
            ushort[] uDatas = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddr, ushort.Parse("0"), ushort.Parse("2"));
            byte[] t = ByteArrayLib.GetByteArrayFromUShortArray(uDatas);//ushort数组转byte数组
            float[] floats = FloatLib.GetFloatArrayFromByteArray(t);//byte数组转float数组
            string fw1a = string.Join(",", floats);
            float fw1b = FloatLib.GetFloatFromByteArray(t, 0);//byte数组转float
            MessageBox.Show("方式a：" + fw1a.ToString() + "，方式b：" + fw1b.ToString());

            uDatas = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddr, ushort.Parse("2"), ushort.Parse("2"));
            t = ByteArrayLib.GetByteArrayFromUShortArray(uDatas);
            floats = FloatLib.GetFloatArrayFromByteArray(t);
            fw1a = string.Join(",", floats);
            fw1b = FloatLib.GetFloatFromByteArray(t, 0);
            MessageBox.Show("方式a：" + fw1a.ToString() + "，方式b：" + fw1b.ToString());

            uDatas = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddr, ushort.Parse("4"), ushort.Parse("2"));
            t = ByteArrayLib.GetByteArrayFromUShortArray(uDatas);
            floats = FloatLib.GetFloatArrayFromByteArray(t);
            fw1a = string.Join(",", floats);
            fw1b = FloatLib.GetFloatFromByteArray(t, 0);
            MessageBox.Show("方式a：" + fw1a.ToString() + "，方式b：" + fw1b.ToString());

            uDatas = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddr, ushort.Parse("6"), ushort.Parse("2"));
            t = ByteArrayLib.GetByteArrayFromUShortArray(uDatas);
            floats = FloatLib.GetFloatArrayFromByteArray(t);
            fw1a = string.Join(",", floats);
            fw1b = FloatLib.GetFloatFromByteArray(t, 0);
            MessageBox.Show("方式a：" + fw1a.ToString() + "，方式b：" + fw1b.ToString());

            uDatas = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddr, ushort.Parse("8"), ushort.Parse("2"));
            t = ByteArrayLib.GetByteArrayFromUShortArray(uDatas);
            floats = FloatLib.GetFloatArrayFromByteArray(t);
            fw1a = string.Join(",", floats);
            fw1b = FloatLib.GetFloatFromByteArray(t, 0);
            MessageBox.Show("方式a：" + fw1a.ToString() + "，方式b：" + fw1b.ToString());
            master.Dispose();
            tcpClient.Dispose();
        }

运行效果

全部读取到了PLC中的数据

nmodbus4读取到的数据都是ushort类型

ushort[] ReadHoldingRegisters(byte slaveAddress, ushort startAddress, ushort numberOfPoints);表示读保持寄存器
slaveAddress从站地址（默认为1，通常也是1）
startAddress寄存器开始地址（这个地址是modbus的地址，不是Plc变量地址）
numberOfPoints寄存器数量（real类型占2个寄存器数量）

ushort[] uDatas = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddr, ushort.Parse("0"), ushort.Parse("2"));

这个意思是读取从站地址1中的从0开始的2个寄存器数据，即%DB4.DBD0中的数据，结果是1.1

很多人搞不清楚，这个为何是开始地址0，数量是2，这就需要明白PLC中的地址与MODBUS地址的关系，另外nmodbus4读取到的数据都是ushort类型，因此需要进行类型转换，将ushort数组转byte数组，再将byte数组转float数组

4.12：编写“nmodbus4读取全部float”代码

 /// <summary>
        /// nmodbus4读取全部
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void button5_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            tcpClient = new TcpClient();
            tcpClient.Connect("192.168.1.188", 6800);//连接到主机
            master = ModbusIpMaster.CreateIp(tcpClient);//Ip 主站  
            byte slaveAddr = byte.Parse("1");
            ushort[] uDatas = master.ReadHoldingRegisters(slaveAddr, ushort.Parse("5"), ushort.Parse("10"));
            byte[] t = ByteArrayLib.GetByteArrayFromUShortArray(uDatas);
            float[] floats = FloatLib.GetFloatArrayFromByteArray(t);
            string fw1a = string.Join(",", floats);
            MessageBox.Show(fw1a.ToString());

            master.Dispose();
            tcpClient.Dispose();
        }

运行效果

4.13：编写“nmodbus4写入单个浮点”代码

/// <summary>
        /// nmodbus4写入单个浮点
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void button7_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            tcpClient = new TcpClient();
            tcpClient.Connect("192.168.1.199", 6800);//连接到主机
            master = ModbusIpMaster.CreateIp(tcpClient);//Ip 主站   
            //从站地址
            byte slaveAddr = byte.Parse("1");
            开始地址
            ushort startAddr = ushort.Parse("0");
            数据的值
            string vals = ("12.625");
            float[] uVals02 = vals.Split(',').Select(s => float.Parse(s)).ToArray();
            byte[] y = ByteArrayLib.GetByteArrayFromFloatArray(uVals02);
            ushort[] ushorts = UShortLib.GetUShortArrayFromByteArray(y);
            //void WriteMultipleRegisters(byte slaveAddress, ushort startAddress, ushort[] data);//写入多保持寄存器，意思是指向多个寄存器地址写入数据，也就是指同时向多个寄存器写入数据
            //slaveAddress表示从站地址，通常为1，默认也为1
            //startAddress表示寄存器开始地址，必须是ushort类型
            //data表示写入的具体数值，必须是ushort数组
            master.WriteMultipleRegisters(slaveAddr, startAddr, ushorts);//向第一个寄存器（地址是0）写入数据12.625
            MessageBox.Show("【 通过多保持寄存器】写入正数成功!");

            float floatValue = 12.625f;
            startAddr = ushort.Parse("2");
            byte[] byteArray = ByteArrayLib.GetByteArrayFromFloat(floatValue);
            //将字节数组中第0个开始的2个字节转换成ushort类型，即0，1
            ushort ua = UShortLib.GetUShortFromByteArray(byteArray, 0, DataFormat.ABCD);
            master.WriteSingleRegister(slaveAddr, startAddr, ua);//向从站地址1中的第3个寄存器（地址为2）写入数据ua
            //将字节数组中第2个开始的2个字节转换成ushort类型，即2，3 
            ushort ub = UShortLib.GetUShortFromByteArray(byteArray, 2, DataFormat.ABCD);
            startAddr = ushort.Parse("3");
            master.WriteSingleRegister(slaveAddr, startAddr, ub);//向从站地址1中的第4个寄存器（地址为3）写入数据ub
            MessageBox.Show("【 通过单保持寄存器】写入正数成功!"); 

            vals = ("-18.326");
            startAddr = ushort.Parse("8");
            uVals02 = vals.Split(',').Select(s => float.Parse(s)).ToArray();
            y = ByteArrayLib.GetByteArrayFromFloatArray(uVals02);
            ushorts = UShortLib.GetUShortArrayFromByteArray(y);
            master.WriteMultipleRegisters(slaveAddr, startAddr, ushorts);
            MessageBox.Show("【 通过多保持寄存器】写入负数成功!");

            master.Dispose();
            tcpClient.Dispose();
        }

运行效果

4.14：编写“nmodbus4写入多个浮点"代码

 /// <summary>
        /// nmodbus4写入多个浮点
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void button6_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            tcpClient = new TcpClient();
            tcpClient.Connect("192.168.1.199", 6800);//连接到主机
            master = ModbusIpMaster.CreateIp(tcpClient);//Ip 主站  

            //从站地址
            byte slaveAddr = byte.Parse("1");
            //开始地址
            ushort startAddr = ushort.Parse("0");
            //数据的值
            string vals = ("4.9635,6.9635,-1.28,67,-902");
            float[] uVals02 = vals.Split(',').Select(s => float.Parse(s)).ToArray();
            byte[] y = ByteArrayLib.GetByteArrayFromFloatArray(uVals02);
            ushort[] ushorts = UShortLib.GetUShortArrayFromByteArray(y);
            master.WriteMultipleRegisters(slaveAddr, startAddr, ushorts);
            MessageBox.Show("【 多保持寄存器】写入成功!");
            master.Dispose();
            tcpClient.Dispose();
        }

运行效果