当前位置：首页 > news >正文

ModbusTcp协议

news 来源：原创 2025/5/31 17:24:51

一、基本概念

Modbus TCP 是一种基于 Modbus 协议的以太网通信协议。它是 Modbus 协议在 TCP/IP 网络上的实现，保留了 Modbus 协议的核心功能和数据模型，同时利用了 TCP/IP 协议的传输能力，使得设备之间可以通过以太网进行通信。

二、通信架构

采用客户端 - 服务器（Client - Server）模式。服务器端通常是数据采集设备或从设备（Slave），它在 IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互联网号码分配当局）分配的 TCP 端口 502 上进行监听，等待客户端的连接请求。客户端一般是主控设备（Master），主动向服务器端发起连接并发送请求，服务器端接收到请求后进行处理并返回响应结果

三、数据存储区

规定了 4 个主要的存储区，这些存储区用于存储不同类型的数据：

离散输入（Discrete Inputs）存储区（1 区） ：用于存储从设备的数字输入点状态，只读。例如，一个传感器的状态信号可以通过离散输入存储区进行采集，客户端只能读取这些状态信息，不能对它们进行修改。
线圈（Coils）存储区（0 区） ：可读可写的布尔量存储区。它通常用于控制输出设备，比如继电器线圈。客户端可以向线圈存储区写入数据（数据值为 0 或 1），从而控制对应的输出设备的通断；也可以读取线圈的当前状态。
输入寄存器（Input Registers）存储区（3 区） ：用于存储模拟量输入或其他只读数据，只读。例如，一个温度传感器采集的温度值可能存储在输入寄存器中，客户端可以读取这些数据以了解当前温度状态，但不能修改它。
保持寄存器（Holding Registers）存储区（4 区） ：可读可写的寄存器存储区。它可用于存储参数设置、控制命令等需要读写操作的数据。客户端可以根据需要对保持寄存器中的数据进行读取和修改。

四、报文结构

Modbus TCP 报文基于 TCP/IP 协议，其结构与 Modbus RTU 报文有所不同。一个完整的 Modbus TCP 报文包括以下部分：

事务标识符（Transaction Identifier） ：由两个字节组成，用于标识一个请求 - 响应事务。客户端向服务器发送请求时，会给这个标识符赋一个唯一的值；服务器在响应时，将使用相同的值，以便客户端可以关联请求和响应。
协议标识符（Protocol Identifier） ：两个字节，取值为 0，用于指定协议类型为 Modbus TCP/IP。
长度字段（Length） ：两个字节，表示后续字节的长度（即从单元标识符到功能码和数据的总字节长度），以便接收方可以正确解析报文。
单元标识符（Unit Identifier） ：一个字节，用于在网络上有多个从设备时标识目标从设备的地址（1 - 247）。在简单的单主单从通信中，该值通常为 0，表示不指定特定的从设备（因为通信只涉及一个从设备）。
功能码（Function Code） ：一个字节，表示客户端请求服务器执行的具体操作类型，例如读取寄存器、写入寄存器等。功能码的值决定了服务器端如何处理请求以及返回哪种类型的响应。
数据（Data） ：用于包含请求或响应的具体数据，其内容根据功能码的不同而有所变化。例如，在读取寄存器的功能码请求中，数据部分包含要读取的寄存器起始地址和数量；在写入寄存器的请求中，数据部分包含要写入的寄存器地址和数据值。
错误检查 ：与 Modbus RTU 使用的 CRC - 16 错误检查不同，Modbus TCP 凭借 TCP/IP 协议本身提供的可靠性传输机制，不需要额外的错误校验字段。

Modbus TCP 功能码详解

一、常见功能码概述

功能码是 Modbus TCP 协议中的核心指令，用于指定客户端希望服务器执行的操作。以下是一些常用的功能码：

（一）0x01（功能码 1）：读线圈状态

用途：用于读取离散输入存储区中的输入状态，这些状态通常是表示设备的输入点是否被激活（如开关状态、传感器报警等）。
请求报文结构 ：

功能码（Function Code） ：0x01。
起始地址（Starting Address） ：两个字节，指定要读取的第一个线圈的地址。例如，地址 0x0000 表示从第一个线圈开始读取。
读取数量（Quantity of Coils） ：两个字节，指定要读取的线圈数量，取值范围为 1 - 2000。例如，读取 10 个线圈，则数量为 10。

响应报文结构 ：

功能码（Function Code） ：0x01。
字节计数（Byte Count） ：一个字节，表示接下来数据部分的字节数。例如，如果读取 10 个线圈，由于每个线圈占用 1 位，10 位需要 2 个字节（一个字节 8 位）来存储，字节计数为 2。
线圈数据（Coil Data） ：若干字节，每个字节包含 8 个线圈的状态，每个线圈状态用 1 位表示（0 表示 OFF，1 表示 ON）。例如，数据为 0x0F（二进制 00001111）表示该字节对应的最后 4 个线圈为 ON，前面 4 个线圈为 OFF。

（二）0x02（功能码 2）：读离散输入状态

用途：与读线圈状态类似，但读取的是离散输入存储区中的输入状态。离散输入通常用于采集外部设备的数字信号，如按钮按下状态、开关位置等。
请求报文结构 ：与功能码 0x01 的请求报文结构相同，也是包含功能码、起始地址和读取数量。
响应报文结构 ：与功能码 0x01 的响应报文结构相似，包含功能码、字节计数和离散输入数据（每个字节包含 8 个离散输入状态位）。

（三）0x03（功能码 3）：读保持寄存器

用途：用于读取保持寄存器中的数据。保持寄存器可以存储参数设置、计算结果等需要读写的数据，并且这些数据在设备断电后通常会保持其值（具体取决于设备实现）。
请求报文结构 ：

功能码（Function Code） ：0x03。
起始地址（Starting Address） ：两个字节，指定要读取的第一个保持寄存器的地址。例如，地址 0x0004 表示从第 5 个保持寄存器开始读取（地址从 0 开始计数）。
读取数量（Quantity of Registers） ：两个字节，指定要读取的保持寄存器数量，取值范围为 1 - 125。例如，读取 5 个寄存器。

响应报文结构 ：

功能码（Function Code） ：0x03。
字节计数（Byte Count） ：一个字节，表示接下来数据部分的字节数。每个保持寄存器为 16 位（即 2 个字节），所以字节计数 = 读取数量 × 2。例如，读取 5 个寄存器，字节计数为 10。
寄存器数据（Register Data） ：若干字节，按顺序包含读取到的保持寄存器的值。例如，寄存器数据为 0x000A 0x000B 0x000C（假设读取 3 个寄存器），表示第一个寄存器值为 0x000A，第二个为 0x000B，第三个为 0x000C。

（四）0x04（功能码 4）：读输入寄存器

用途：用于读取输入寄存器中的数据。输入寄存器通常用于存储模拟量输入或其他只读数据，如传感器采集的温度、压力等值。这些数据一般只能读取，不能被客户端修改。
请求报文结构 ：与功能码 0x03 的请求报文结构一致，包括功能码、起始地址和读取数量。
响应报文结构 ：与功能码 0x03 的响应报文结构类似，包含功能码、字节计数和输入寄存器数据。每个输入寄存器为 16 位（2 字节），数据顺序与寄存器地址顺序一致。

（五）0x05（功能码 5）：写单个线圈

用途：用于向线圈存储区写入单个线圈的状态，以控制输出设备的通断，例如启动或停止电机、控制继电器等。
请求报文结构 ：

功能码（Function Code） ：0x05。
输出地址（Output Address） ：两个字节，指定要写入的线圈的地址。例如，地址 0x0001 表示要写入第二个线圈（地址从 0 开始计数）。
输出值（Output Value） ：两个字节，表示要写入的线圈状态值，FF 00 表示 ON（线圈激活），00 00 表示 OFF（线圈未激活）。例如，将线圈状态设为 ON，则输出值为 FF 00。

响应报文结构 ：

功能码（Function Code） ：0x05。
输出地址（Output Address） ：与请求中的输出地址相同，用于确认被写入的线圈地址。
输出值（Output Value） ：与请求中的输出值相同，用于确认写入的线圈状态值。

（六）0x06（功能码 6）：写单个保持寄存器

用途：用于向保持寄存器存储区写入单个保持寄存器的值。这可以用于设置设备的参数、发送控制命令等操作，例如设置电机的转速、设定温度控制器的目标温度等。
请求报文结构 ：

功能码（Function Code） ：0x06。
寄存器地址（Register Address） ：两个字节，指定要写入的保持寄存器的地址。例如，地址 0x0002 表示第三个保持寄存器。
寄存器值（Register Value） ：两个字节，表示要写入的保持寄存器的数值。例如，写入值 0x001A。

响应报文结构 ：

功能码（Function Code） ：0x06。
寄存器地址（Register Address） ：与请求中的寄存器地址相同，用于确认被写入的寄存器地址。
寄存器值（Register Value） ：与请求中的寄存器值相同，用于确认写入的寄存器值。

二、其他功能码简述

除了上述常用功能码，还有其他一些功能码用于特定的操作：

0x07（功能码 7）：读异常状态 ：用于读取设备的异常状态信息，帮助诊断设备是否出现故障或异常情况。
0x0F（功能码 15）：写多个线圈 ：客户端可以使用此功能码同时写入多个线圈的状态，适用于批量控制多个输出设备的场合。请求报文包含起始地址、线圈数量和一个字节数组（每个字节包含 8 个线圈状态位），响应报文用于确认写入操作的起始地址和线圈数量。
0x10（功能码 16）：写多个保持寄存器 ：用于向保持寄存器存储区写入多个保持寄存器的值。请求报文包括起始地址、寄存器数量和一个字节数组（每个寄存器值占 2 字节），响应报文用于确认写入操作的起始地址和寄存器数量。
0x11（功能码 17）：报告从机 ID ：客户端发送此请求时，服务器将返回其设备的标识信息，包括设备的唯一 ID、设备信息等，用于设备识别和管理。

Modbus TCP 在 C# 中的应用示例

一、使用 NModbus4 库

（一）安装库

在 Visual Studio 中打开 “解决方案资源管理器”，右键点击项目，选择 “管理 NuGet 包”，搜索 NModbus4 并安装。安装完成后，项目中就包含了 NModbus4 库的引用，可以使用其中的 Modbus 相关类和方法。

（二）创建客户端

引入 using Modbus.Device; 命名空间，使用 ModbusIpMaster 类创建 Modbus TCP 客户端实例，并指定服务器的 IP 地址和端口。例如：

using System;
using Modbus.Device;
using System.Net.Sockets;class Program
{static void Main(string[] args){// 创建 TCP 客户端TcpClient tcpClient = new TcpClient();tcpClient.Connect("192.168.1.100", 502); // 假设服务器 IP 地址为 192.168.1.100，端口为 502// 创建 Modbus TCP 客户端实例IModbusSerialMaster modbusMaster = ModbusIpMaster.CreateIp(tcpClient);}
}

（三）读写操作示例

1. 读保持寄存器

使用 ReadHoldingRegisters 方法读取保持寄存器的值。该方法需要两个参数：起始地址和要读取的寄存器数量。例如，读取从地址 0 开始的 5 个保持寄存器：

try
{// 读取保持寄存器，起始地址为 0，读取 5 个寄存器ushort[] registers = modbusMaster.ReadHoldingRegisters(0, 5);Console.WriteLine("保持寄存器的值：");foreach (ushort register in registers){Console.WriteLine(register);}
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine("读取保持寄存器出错：" + ex.Message);
}

2. 写单个保持寄存器

使用 WriteSingleRegister 方法向单个保持寄存器写入值。需要指定寄存器地址和要写入的值。例如，向地址为 2 的保持寄存器写入值 0x001A：

try
{modbusMaster.WriteSingleRegister(2, 0x001A);Console.WriteLine("成功向保持寄存器地址 2 写入值 0x001A");
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine("写入保持寄存器出错：" + ex.Message);
}

3. 读输入寄存器

使用 ReadInputRegisters 方法读取输入寄存器的值。同样需要起始地址和读取数量参数。例如，读取从地址 3 开始的 3 个输入寄存器：

try
{ushort[] inputRegisters = modbusMaster.ReadInputRegisters(3, 3);Console.WriteLine("输入寄存器的值：");foreach (ushort inputRegister in inputRegisters){Console.WriteLine(inputRegister);}
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine("读取输入寄存器出错：" + ex.Message);
}

4. 写单个线圈

使用 WriteSingleCoil 方法向单个线圈写入状态值。需要指定线圈地址和状态值（true 表示 ON，false 表示 OFF）。例如，将地址为 1 的线圈状态设为 ON：

try
{modbusMaster.WriteSingleCoil(1, true);Console.WriteLine("成功向线圈地址 1 写入状态 ON");
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine("写入线圈出错：" + ex.Message);
}

5. 读离散输入状态

使用 ReadDiscreteInputs 方法读取离散输入的状态。指定起始地址和读取数量。例如，读取从地址 0 开始的 8 个离散输入状态：

try
{bool[] discreteInputs = modbusMaster.ReadDiscreteInputs(0, 8);Console.WriteLine("离散输入的状态：");foreach (bool discreteInput in discreteInputs){Console.WriteLine(discreteInput ? "ON" : "OFF");}
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine("读取离散输入状态出错：" + ex.Message);
}

二、使用 EasyModbus 库

（一）安装库

同样通过 NuGet 包管理器安装 EasyModbus 库，在 Visual Studio 中找到并安装该库后，即可在项目中使用。

（二）连接服务器

创建 EasyModbusTCPClient 类的实例，传入服务器的 IP 地址和端口号来建立连接。例如：

using EasyModbus;class Program
{static void Main(string[] args){EasyModbusTCPClient client = new EasyModbusTCPClient("192.168.1.100", 502);}
}

（三）数据读写示例

1. 读保持寄存器

使用 ReadHoldingRegisters 方法读取保持寄存器的值。例如，读取地址 0 开始的 5 个保持寄存器：

try
{ushort[] registers = client.ReadHoldingRegisters(0, 5);Console.WriteLine("保持寄存器的值：");foreach (ushort register in registers){Console.WriteLine(register);}
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine("读取保持寄存器出错：" + ex.Message);
}

2. 写单个保持寄存器

使用 WriteSingleRegister 方法向单个保持寄存器写入值。例如，向地址为 2 的保持寄存器写入值 0x001A：

try
{client.WriteSingleRegister(2, 0x001A);Console.WriteLine("成功向保持寄存器地址 2 写入值 0x001A");
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine("写入保持寄存器出错：" + ex.Message);
}

3. 读输入寄存器

使用 ReadInputRegisters 方法读取输入寄存器的值。例如，读取地址为 3 开始的 3 个输入寄存器：

try
{ushort[] inputRegisters = client.ReadInputRegisters(3, 3);Console.WriteLine("输入寄存器的值：");foreach (ushort inputRegister in inputRegisters){Console.WriteLine(inputRegister);}
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine("读取输入寄存器出错：" + ex.Message);
}

4. 写单个线圈

使用 WriteSingleCoil 方法向单个线圈写入状态值。例如，将地址为 1 的线圈状态设为 ON：

try
{client.WriteSingleCoil(1, true);Console.WriteLine("成功向线圈地址 1 写入状态 ON");
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine("写入线圈出错：" + ex.Message);
}

5. 读离散输入状态

使用 ReadDiscreteInputs 方法读取离散输入的状态。例如，读取从地址 0 开始的 8 个离散输入状态：

try
{bool[] discreteInputs = client.ReadDiscreteInputs(0, 8);Console.WriteLine("离散输入的状态：");foreach (bool discreteInput in discreteInputs){Console.WriteLine(discreteInput ? "ON" : "OFF");}
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine("读取离散输入状态出错：" + ex.Message);
}

专有名词解释

Modbus TCP ：基于 Modbus 协议的以太网通信协议，用于在设备之间通过以太网进行数据传输，具有简单、可靠的特点，广泛应用于工业自动化领域。
客户端 - 服务器模式（Client - Server Model） ：一种网络通信架构，客户端主动向服务器请求服务，服务器负责处理请求并返回结果。在 Modbus TCP 中，客户端通常是主控设备，服务器是数据采集设备或从设备。
数据存储区（Data Storage Area） ： Modbus 协议中用于存储不同类型数据的区域，包括线圈、离散输入、保持寄存器和输入寄存器存储区，每个存储区用于特定类型数据的读写操作。
功能码（Function Code） ： Modbus 协议中的指令代码，用于告诉服务器要执行的具体操作，如读取寄存器、写入寄存器、读取线圈状态等。不同的功能码对应不同的操作类型和数据格式。

第五章面向对象（进阶）

qt之开发大恒usb3.0相机三

第五十七节：综合项目实践-智能监控系统原型

AI预测3D新模型百十个定位预测+胆码预测+去和尾2025年5月28日第91弹

linux版本vmware修改ubuntu虚拟机为桥接模式

篇章五数据结构——链表（一）

maven离线将jar包导入到本地仓库中

linux安装ffmpeg7.0.2全过程

Maven 项目中集成数据库文档生成工具

[cg][ds] 八面体映射编码Normal

61、【OS】【Nuttx】编码规范解读（九）

SpringBoot 自动装配原理深度解析：从源码到实践

Bootstrap法进行随机模拟

班翎流程平台 | 流程变量赋值事件，简化流程配置，灵活构建流程

micromamba安装配置 pythonocc安装

LMEval ，谷歌开源的统一评估多模态AI模型框架

树莓派设置静态ip 永久有效我的需要设置三个一个摄像头的两个设备的

FastAPI 依赖注入

web-css

2.2 C++之循环结构

188建站系统源码/免费网站统计

免费做网站凡科/上海网站建设关键词排名

asp企业网站源码下载/企业网站推广方法实验报告

全国网站建设排名/爱站工具查询

阿里云网站备案流程/怎么推广软件

专业做传奇网站解析/个人如何做seo推广

ModbusTcp协议

一、基本概念

二、通信架构

三、数据存储区

四、报文结构

Modbus TCP 功能码详解

一、常见功能码概述

（一）0x01（功能码 1）：读线圈状态

请求报文结构：

（二）0x02（功能码 2）：读离散输入状态

（三）0x03（功能码 3）：读保持寄存器

功能码（Function Code）：0x03。

（四）0x04（功能码 4）：读输入寄存器

（五）0x05（功能码 5）：写单个线圈

（六）0x06（功能码 6）：写单个保持寄存器

二、其他功能码简述

Modbus TCP 在 C# 中的应用示例

一、使用 NModbus4 库

（一）安装库

（二）创建客户端

（三）读写操作示例

1. 读保持寄存器

2. 写单个保持寄存器

3. 读输入寄存器

4. 写单个线圈

5. 读离散输入状态

二、使用 EasyModbus 库

（一）安装库

（二）连接服务器

（三）数据读写示例

1. 读保持寄存器

2. 写单个保持寄存器

3. 读输入寄存器

4. 写单个线圈

5. 读离散输入状态

专有名词解释

相关文章：

一、基本概念

二、通信架构

三、数据存储区

四、报文结构

Modbus TCP 功能码详解

一、常见功能码概述

（一）0x01（功能码 1）：读线圈状态

请求报文结构 ：

（二）0x02（功能码 2）：读离散输入状态

（三）0x03（功能码 3）：读保持寄存器

功能码（Function Code） ：0x03。

（四）0x04（功能码 4）：读输入寄存器

（五）0x05（功能码 5）：写单个线圈

（六）0x06（功能码 6）：写单个保持寄存器

二、其他功能码简述

Modbus TCP 在 C# 中的应用示例

一、使用 NModbus4 库

（一）安装库

（二）创建客户端

（三）读写操作示例

1. 读保持寄存器

2. 写单个保持寄存器

3. 读输入寄存器

4. 写单个线圈

5. 读离散输入状态

二、使用 EasyModbus 库

（一）安装库

（二）连接服务器

（三）数据读写示例

1. 读保持寄存器

2. 写单个保持寄存器

3. 读输入寄存器

4. 写单个线圈

5. 读离散输入状态

专有名词解释

相关文章：

请求报文结构：

功能码（Function Code）：0x03。