Modbus-Tcp 通讯学习总结

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一、项目概览

NuGet 依赖

<PackageReference Include="NModbus" Version="3.0.83" />
<PackageReference Include="NModbus.Serial" Version="3.0.83" />

• NModbus：实现 Modbus TCP / UDP 协议主从站
• NModbus.Serial：串口（RTU/ASCII）场景下使用，本项目未直接调用

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二、Modbus-Tcp 业务流程图

                  +-----------------------------+
                  |        应用程序启动         |
                  |   Form1_Load 设置默认参数   |
                  |   IP=127.0.0.1  Port=502   |
                  +--------------+--------------+
                                 |
                                 v
            +--------------------+---------------------+
            |              用户操作界面                |
            |  [选择模式]  [输入IP]  [输入端口]        |
            +----+-------------+--------------+------+
                 |             |              |
                 v             v              v
          +------+----+  +-----+------+  +---+--------+
          | ModbusTCP|  | ModbusUDP   |  |RTU Over TCP|
          +------+----+  +-----+------+  +---+--------+
                 |             |              |
                 |             |              | 
                 |             |              |  
                 v             v              v
            +--------------------------------------+
            |        创建 ModbusFactory            |
            |   var factory = new ModbusFactory(); |
            +------------------+-------------------+
                               |
                               v
            +--------------------------------------+
            |  建立底层网络连接并创建 Master        |
            |  TcpClient.ConnectAsync(...)         |
            |  master = factory.CreateMaster(tcp)  |
            +------------------+-------------------+
                               |
                               v
                  +------------+------------+
                  |   连接成功 / 按钮切换   |
                  |   btnStart.Text=断开    |
                  +------------+------------+
                               |
            +------------------+------------------+
            |                                     |
            v                                     v
   +--------+--------+                 +----------+----------+
   |   读取流程       |                 |      写入流程        |
   +--------+--------+                 +----------+----------+
            |                                     |
            v                                     v
   +--------+--------+                 +----------+----------+
   | 创建CTS + 启动   |                 | 调用 master.       |
   | Task.Run 循环    |                 | WriteSingleRegister|
   +--------+--------+                 +----------+----------+
            |                                     |
            v                                     v
   +--------+--------+                 +----------+----------+
   | master.Read-     |                 |  功能码 0x06       |
   | HoldingRegisters|                 |  写入单个寄存器     |
   |  (1, 0, 4)       |                 +----------+----------+
   +--------+--------+
            |
            v
   +--------+--------+
   | 功能码 0x03      |
   | 读取 HR0 ~ HR3  |
   +--------+--------+
            |
            v
   +--------+--------+
   | Control.Invoke  |
   | 更新 4 个文本框  |
   +--------+--------+
            |
            v
   +--------+--------+
   | Task.Delay(1000)|
   | 1 秒轮询周期    |
   +--------+--------+
            |
            +<--------+ (循环直到 cts.Cancel)
            |
            v
   +--------+--------+
   |   退出读取循环   |
   +-----------------+
            |
            v
   +--------+--------+
   |   用户点击断开   |
   |   cts.Cancel()   |
   |   清空数据显示    |
   +-----------------+
            |
            v
       +----+----+
       |   结束   |
       +---------+

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三、核心关键字段

private IModbusMaster? master;        // Modbus 主站接口，统一抽象 TCP/UDP/RTU
private CancellationTokenSource? cts;  // 异步读取任务的取消令牌

要点：

• IModbusMaster 是 NModbus 的统一主站接口，屏蔽底层传输差异
• CancellationTokenSource 用于优雅停止后台轮询任务

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四、关键代码片段

4.1 创建 ModbusFactory 与 Master

var factory = new ModbusFactory();
TcpClient tcp = new TcpClient();
tcp.ConnectAsync(IPAddress.Parse(txtIP.Text), int.Parse(txtPort.Text));
master = factory.CreateMaster(tcp);

ModbusFactory.CreateMaster 接受 TcpClient / UdpClient / Socket，返回的 IModbusMaster 屏蔽底层传输差异。

4.2 周期读取保持寄存器

cts = new CancellationTokenSource();
Task.Run(async () =>
{
    while (!cts.IsCancellationRequested)
    {
        if (master == null) continue;
        ushort[] data = master.ReadHoldingRegisters(1, 0, 4);

        Invoke(new Action(() =>
        {
            txtData1.Text = data[0].ToString();
            // txtData2 / txtData3 / txtData4 ...
        }));

        await Task.Delay(1000);
    }
}, cts.Token);

调用：master.ReadHoldingRegisters(slaveAddress=1, startAddress=0, numberOfPoints=4)

对应 Modbus 功能码 0x03，读取从站 1 的保持寄存器 HR0 ~ HR3。

4.3 写入单个寄存器

if (master == null) return;
master.WriteSingleRegister(1, 0, 111);

对应 Modbus 功能码 0x06，向从站 1 的 HR0 写入值 111。

4.4 断开连接

cts?.Cancel();
txtData1.Text = "";
// 清空其余显示 ...
btnRead.Text = "实时读取";

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五、NModbus 支持的传输模式对比

模式	UI 控件	底层类型	NModbus 创建方式
Modbus TCP	rdbTCP	TcpClient	factory.CreateMaster(tcp)
Modbus UDP	rdbUDP	UdpClient	factory.CreateMaster(udp)
RTU Over TCP /UDP	rdbRTUOverTCP/UDP	Socket (Stream/Tcp/Udp)	factory.CreateMaster(socket)

Modbus TCP 使用 MBAP Header + PDU 帧格式；RTU Over TCP 在 TCP 流上承载含 CRC 的 RTU 帧。切换传输模式时业务代码（ReadHoldingRegisters 等）无需改动。

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六、NModbus 关键 API 速查

API	功能码	作用
ReadCoils	0x01	读线圈（bit）
ReadInputs	0x02	读离散输入（bit，只读）
ReadHoldingRegisters	0x03	读保持寄存器（16 bit）
ReadInputRegisters	0x04	读输入寄存器（只读）
WriteSingleCoil	0x05	写单个线圈
WriteSingleRegister	0x06	写单个保持寄存器
WriteMultipleCoils	0x0F	写多个线圈
WriteMultipleRegisters	0x10	写多个保持寄存器

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