C# 开发ModBus的服务器程序实现ModBus数据总站搭建自定义的Modbus服务器同时支持tcp和rtu

2022-10-02 08:00:58

前言

本文将使用一个NuGet公开的组件技术来实现一个ModBus TCP的服务器端数据引擎，方便的实现接收来自各种设备的数据。并且该服务器模拟真实的设备，包含了数据池功能，可以接受来自任何支持Modbus tcp的客户端进行读写数据。C#实现的客户端类请参考下面这篇文章：http://www.cnblogs.com/dathlin/p/7885368.html 可以进行一些客户端服务器的联合调试。

nuget地址：https://www.nuget.org/packages/HslCommunication/

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

下载地址

此处提供一个服务器的Demo软件，下载解压就可以直接运行，这个Demo的源代码也在上面的示例，界面如下：后续新的版本可能会有点小区别

https://github.com/dathlin/HslCommunication/raw/master/Download/ModbusTcpServer.zip 这个地址的服务器软件永远都是最新的，会不停的更新。

如果您需要一个测试的客户端，包括了tcp和rtu的都可以，下载下面的Demo即可，支持各种配置信息

HslCommunicationDemo.zip

随便聊聊

使用本组件可以快速搭建一个高性能的MODBUS TCP总站，当我们一个上位机需要读取100台西门子PLC设备（此处只是举个例子，凡是都是使用Modbus tcp的都是一样的）的时候，你采用服务器主动去请求100台设备的机制对性能来说是个极大的考验，如果开100个线程去轮询100台设备，那么性能损失将是非常大的，更不用说再增加设备，如果搭建Modbus tcp服务器，就可以完美的解决性能问题，因为连接的压力将会平均分摊给每一台PLC，服务器端只要新增一个时间戳就可以知道客户端有没有连接上。

我们在100台PLC里都增加发送Modbus tcp方法，将数据发送到服务器的ip和端口上去，服务器根据站号来区分设备。这样就可以搭建一个高性能总站。

关于数据池

本服务器端拥有两个数据池，线圈数据池和寄存器数据池，任何客户端包括服务器本身都可以对数据池进行读写数据，比如PLC1将所有的数据发送到寄存器地址0-99上，PLC2将数据发送到100-199上。

线圈数据池模拟了真实的数据读写，自动解析指令并返回数据
离散输入数据池服务器端允许读写，对客户端来说仅仅支持读，功能码02
寄存器数据池模拟了真实的数据读写
输入寄存器数据池服务器端允许读写，对客户端来说仅仅支持读，功能码04

四个数据池的地址范围都是0-65535，起始地址是从0开始

Reference

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;

How to Use

如果想快速的搭建一个Modbus-Tcp的服务器，只要2行代码即可，实例化，启动，而下面的例子稍微复杂了一点，额外配置了日志记录器，绑定了一个数据接收的方法，每当客户端进行数据交互，就会触发，可用于实现自定义功能的Modbus-Tcp服务器

        private HslCommunication.ModBus.ModbusTcpServer busTcpServer;

        private void button1_Click( object sender, EventArgs e )

        {

            if(!int.TryParse(textBox2.Text,out int port))

            {

                MessageBox.Show( "端口输入不正确！" );

                return;

            }

            try

            {

                busTcpServer = new HslCommunication.ModBus.ModbusTcpServer( );

                busTcpServer.LogNet = new HslCommunication.LogNet.LogNetSingle( "logs.txt" );

                busTcpServer.LogNet.BeforeSaveToFile += LogNet_BeforeSaveToFile;

                busTcpServer.OnDataReceived += BusTcpServer_OnDataReceived;

                busTcpServer.ServerStart( port );

                button1.Enabled = false;

                panel2.Enabled = true;

            }

            catch (Exception ex)

            {

                MessageBox.Show( ex.Message );

            }

        }

        private void BusTcpServer_OnDataReceived( byte[] modbus )

        {

            if (InvokeRequired)

            {

                BeginInvoke( new Action<byte[]>( BusTcpServer_OnDataReceived ), modbus );

                return;

            }

            textBox1.AppendText( "接收数据：" + HslCommunication.BasicFramework.SoftBasic.ByteToHexString(modbus) + Environment.NewLine );

        }

        /// <summary>

        /// 当有日志记录的时候，触发，将日志信息也在主界面进行输出

        /// </summary>

        /// <param name="sender"></param>

        /// <param name="e"></param>

        private void LogNet_BeforeSaveToFile( object sender, HslCommunication.LogNet.HslEventArgs e )

        {

            if(InvokeRequired)

            {

                BeginInvoke( new Action<object, HslCommunication.LogNet.HslEventArgs>( LogNet_BeforeSaveToFile ), sender, e );

                return;

            }

            textBox1.AppendText( e.HslMessage.ToString( ) + Environment.NewLine );

        }

RTU支持

当客户端进行连接了一个串口线后，也可以方便的让服务器的支持同时支持串口访问，

busTcpServer.StartSerialPort( "Com3" );

默认的串口参数是9600波特率。8位数据位，无奇偶校验，1位停止位，当然也可以自行指定波特率

busTcpServer.StartSerialPort( "Com3",9600 );

还可以传入一个初始化的委托方法，可以实现任意的支持。

创建数据订阅

当客户端进行发送读写指定时，如果你使用了OnDataReceived事件，都会触发，当然可能这并不是你需要的，如果我们相对一个地址上的数据进行监视，也就当有客户端写入的时候触发，或者是当这个数据更改了的时候触发，那么我们可以创建自己的数据订阅器：

        private void button2_Click( object sender, EventArgs e )

        {

            // 点击数据监视

            ModBusMonitorAddress monitorAddress = new ModBusMonitorAddress( );

            monitorAddress.Address = ushort.Parse( textBox6.Text );

            monitorAddress.OnChange += MonitorAddress_OnChange;

            monitorAddress.OnWrite += MonitorAddress_OnWrite;

            busTcpServer.AddSubcription( monitorAddress );

            button2.Enabled = false;

        }

        private void MonitorAddress_OnWrite( ModBusMonitorAddress monitor, short value )

        {

            // 当有客户端写入时就触发

        }

        private void MonitorAddress_OnChange( ModBusMonitorAddress monitor, short befor, short after )

        {

            // 当该地址的值更改的时候触发

            if(InvokeRequired)

            {

                BeginInvoke( new Action<ModBusMonitorAddress, short, short>( MonitorAddress_OnChange ), monitor, befor, after );

                return;

            }

            textBox9.Text = after.ToString( );

            label11.Text = "写入时间：" + DateTime.Now.ToString( ) + " 修改前：" + befor + " 修改后：" + after;

        }

当然，你可以只使用其中的一种数据订阅，比如上述的操作，一旦有客户端写入地址0x01的数据（无论是写入一个寄存器还是批量），那么马上会触发如下的方法。注意，从服务器自身写入的数据不会触发，所有的订阅都可以关联同一个方法，根据地址的不同来区分。

特别说明：

服务器只负责接受Modbus TCP协议的数据，无论客户端发了读写指令，都会触发接收事件。在服务器端有一个数据池，存储了线圈数据和寄存器数据，模拟了一个真实的设备，允许客户端使用Modbus tcp协议对服务器进行数据读写，并返回真实的数据，如果设备往这个服务器的寄存器地址写了100，那么服务器端或者其他客户端去读取寄存器100地址的值的时候，那么也是100.

下面演示了一些简单的数据读写，用于服务器端进行操作的。

            bool Coil100 = busTcpServer.ReadCoil( "100" );                  // 读线圈100的值

            bool[] Coil100_109 = busTcpServer.ReadCoil( "100", 10 );        // 读线圈数组

            short Short100 = busTcpServer.ReadInt16( "100" );       // 读取寄存器值

            ushort UShort100 = busTcpServer.ReadUInt16( "100" );    // 读取寄存器ushort值

            int Int100 = busTcpServer.ReadInt32( "100" );             // 读取寄存器int值

            uint UInt100 = busTcpServer.ReadUInt32( "100" );          // 读取寄存器uint值

            float Float100 = busTcpServer.ReadFloat( "100" );       // 读取寄存器Float值

            long Long100 = busTcpServer.ReadInt64( "100" );          // 读取寄存器long值

            ulong ULong100 = busTcpServer.ReadUInt64( "100" );       // 读取寄存器ulong值

            double Double100 = busTcpServer.ReadDouble( "100" );    // 读取寄存器double值

            busTcpServer.WriteCoil( "100", true );              // 写线圈的通断

            busTcpServer.Write( "100", (short)5 );      // 写入short值

            busTcpServer.Write( "100", (ushort)45678 ); // 写入ushort值

            busTcpServer.Write( "100", 12345667 );      // 写入int值

            busTcpServer.Write( "100", (uint)12312312 );// 写入uint值

            busTcpServer.Write( "100", 123.456f );      // 写入float值

            busTcpServer.Write( "100", 1231231231233L );// 写入long值

            busTcpServer.Write( "100", 1212312313UL );  // 写入ulong值

            busTcpServer.Write( "100", 123.456d );      // 写入double值

读写离散量：

 bool value_100 = busTcpServer.ReadDiscrete( "100" ); // 读取地址100的离散量

 bool[] value_100_109 =  busTcpServer.ReadDiscrete( "100", 10  ); // 读取数据

busTcpServer.WriteDiscrete( "100", true);    // 地址100为true

busTcpServer.WriteDiscrete( "100", new bool[]{true,true}); // 地址100-101为true

读写输入寄存器：

输入寄存器的读写方式和寄存器的是一致的，只是地址改一下就好了，也即使用富地址的方式，举个例子，写输入寄存器地址100为123

 busTcpServer.Write( "x=4;100", (short)123 );

之前写100，现在改成"x=4;123" x=4也即是使用功能码04，那么之前寄存器的地址100等效于"x=3;100"

其他格式的数据参照这个即可。

过滤客户端：

支持对客户端的IP地址过滤，禁止不信任的Ip登录

modbusTcpServer.SetTrustedIpAddress( new List<string>( "192.168.0.100", "192.168.0.101") );

如果要移除限制，重新恢复所有的客户端登录，那么按照如下操作

modbusTcpServer.SetTrustedIpAddress( null );

主动连接客户端：

本服务器支持主动连接客户端，然后再进行数据交互，这种情况在有些工业上应用还是很广泛的

OperateResult connect = busTcpServer.ConnectHslAlientClient( "192.168.0.111", "10000", "12345678901" );

                    if (connect.IsSuccess)

                    {

                        MessageBox.Show( "连接成功！" );

                    }

                    else

                    {

                        MessageBox.Show( "连接失败！原因：" + connect.Message );

                    }

                }

需要制定对方的IP地址，端口号，以及唯一识别码，目前使用的注册包协议为HslAlien协议，过几天专门写一篇这个协议的博文，如果需要连接其他定制的客户端，请联系作者进行定制。

注意：

数据串的第7个字节为Modbus的站号信息，如下界面是FF，也即255，可以以此来区分不同的设备发来的数据信息，所以此处一个服务器实例挂的最大客户端数为256台设备，前两个字节为消息的头序列，如果设备可以固定消息头，用这个来标识设备的话，就可以区分65536台设备。

创作不易，感谢打赏：

参考链接：

如果你对MODBUS TCP不熟悉，那么请参照如下地址，我就是参照该地址的博客开发的代码：

http://blog.csdn.net/thebestleo/article/details/52269999

码农公寓

前言