C#通过ModbusTcp协议读写西门子PLC中的浮点数

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floatMessageBox.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12.625MessageBox.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0，1ushort 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ubMessageBox.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

浮点数包括整数，小数，也包括正数或负数，所以正整数，负整数，正小数，负小数都可以写入

五：modbustcp协议小结

MODBUS TCP 结合了以太网物理网络和网络标准 TCP/IP 以及以 MODBUS 作为应用协议标准的数据表示方法。MODBUS TCP 通信报文被封装于以太网 TCP/IP 数据包中，MODBUS 协议规范一帧数据的最大长度为 256 个字节。

MODBUS TCP/IP 的通信系统中有两种类型的设备：MODBUS TCP/IP 客户端和服务器设备。

1.MODBUS 客户端

客户端（TCP Client）主动向服务器（TCP Server）发起连接请求，连接建立成功，仅允许客户端主动发起通讯请求。

以太网机型作为 MODBUS TCP 客户端时，通过 S_OPEN 指令建立 TCP 连接，通过 M_TCP 指令发起 MODBUS 请求。

2.MODBUS 服务器

服务器主动监听 502 端口，等待客户端连接请求，连接建立成功，响应符合 Modbus TCP 协议规范的数据通讯请求。

3.优势 

优势： 免费、简单、容易使用，Modbus协议是现在国内工业领域应用最多的协议，不只PLC设备，各种终端设备，比如水控机、水表、电表、工业秤、各种采集设备，

4.特点

1. 采用主从问答方式进行通信

2. Modbus TCP是应用层协议，基于传输层TCP协议实现

3. Modbus TCP端口号默认为502，但在本案例中修改成6800，当然你也可以改成别的

六：代码下载

 链接：https://pan.baidu.com/s/1mARLDATOBphLKbecj4sW8g 
提取码：lggv