ModbusTcp使用

Modbus TCP是Modbus协议在TCP/IP网络上的扩展，是工业自动化领域广泛应用的通信协议。

一、Modbus TCP核心概念

1、协议定位

Modbus TCP是基于TCP/IP的应用层协议，由施耐德公司于1996年推出，通过以太网实现设备间的高效通信。其本质是将传统Modbus RTU协议封装在TCP/IP协议栈中，支持客户端-服务器模型 。

2、主从架构

• 客户端（主站）：主动发起请求，如工控机、PLC主控端。
• 服务器（从站）：响应客户端请求，如传感器、执行器。通信必须由客户端发起，服务器无法主动发送数据 。

二、协议帧结构

Modbus TCP帧（ADU）由【MBAP头（7字节）】和【PDU（可变长度）】组成：

1.MBAP头（Modbus应用协议头）

• • 事务标识符（2字节）：用于匹配请求与响应，解决网络传输顺序问题。
  • 协议标识符（2字节）：固定为0x0000，标识Modbus协议。
  • 长度（2字节）：后续PDU及单元标识符的总字节数。
  • 单元标识符（1字节）：设备地址，TCP/IP网络中通常设为0xFF或设备实际地址 。

2.PDU（协议数据单元）

• • 功能码（1字节）：指示操作类型（如读/写寄存器）。
  • 数据域（可变）：具体操作参数，如寄存器地址、数量等 。

注：功能码（我们常用的是保持寄存器）

代码	（PLC-）中文名称	寄存器PLC地址	位操作/字操作	操作数量
01（0x01）	读线圈状态	00001-09999	位	单个或多个
02（0x02）	读离散输入状态	10001-19999	位	单个或多个
03（0x03）	读保持寄存器	40001-49999	字	单个或多个	批量读
04（0x04）	读输入寄存器	30001-39999	字	单个或多个
05（0x05）	写单个线圈	00001-09999	位	单个
06（0x06）	写单个保持寄存器	40001-49999	字	单个	单个写
15（0x0F）	写多个线圈	00001-09999	位	多个
16（0x10）	写多个保持寄存器	40001-49999	字	多个	批量写

三、字节顺序（大小端）

• 大端（Big-Endian） vs 小端（Little-Endian）

• • 大端：高位字节在前，低位字节在后（如 Modbus 协议默认使用大端 ）。
  • 小端：低位字节在前，高位字节在后（如 x86/x64 架构的 CPU 默认使用小端）。

如果大小端转换

例如：大端转为小端（modbus中字节数组转为C#的int类型）

方法一：

Num = BitConverter.ToInt16(num.Reverse().ToArray(), 0);

方法二：
Num = (short)((num[0] << 8) | num[1]);

解析：

假设 num 是一个 byte[] 数组，包含两个元素：num[0] 和 num[1]。

1. 高位字节处理

• • num[0] << 8：将第一个字节左移 8 位（即乘以 256），使其占据 16 位整数的高 8 位。
  • 例如，若 num[0] = 0x12（二进制 0001 0010），左移后变为 0x1200（二进制 0001 0010 0000 0000）。

1. 低位字节处理

• • num[1]：直接取第二个字节，占据 16 位整数的低 8 位。
  • 例如，若 num[1] = 0x34（二进制 0011 0100）。

1. 按位或运算合并

• • (0x1200 | 0x34) = 0x1234（十进制 4660）。
  • 若 num[0] = 0xFE（-2 的补码），num[1] = 0xB6（-74 的补码），合并后为 0xFEB6（十进制 -330）。

• 字节序的本质：字节序仅影响字节在内存中的存储顺序，不影响数值本身的逻辑定义。

• 大端（Big-Endian）：高位在前（如 0x12 0x34 → 0x1234）。
• 小端（Little-Endian）：低位在前（如 0x34 0x12 → 0x1234）。

四、常见Modbus TCP报文实例及解析

1、功能码0x03：（单个/多个）读保持寄存器

请求报文

00 01 00 00 00 06 01 【03 00 0A 00 02】

• MBAP头：

• • 事务标识符：00 01（用于匹配请求与响应）
  • 协议标识符：00 00（固定为Modbus TCP）
  • 长度：00 06（后续PDU+单元标识符共6字节）
  • 单元标识符：01（从站地址-站号）

• PDU：

• • 功能码：03（读保持寄存器）
  • 起始地址：00 0A（第10号寄存器）
  • 寄存器数量：00 02（读取2个寄存器）

响应报文

00 01 00 00 00 07 01 【03 04 12 34 56 78】

• MBAP头：与请求一致（事务标识符匹配）
• PDU：

• • 功能码：03
  • 数据长度：04（4字节，即2个寄存器的数据）
  • 数据：12 34（第10号寄存器值）、56 78（第11号寄存器值） 解析：从站返回2个寄存器的值，每个寄存器占2字节，高位在前 。

2、功能码0x10：写多个保持寄存器

请求报文

00 06 00 00 00 0B FF 【 10 00 02 00 02 04 00 21 00 2A】

• MBAP头：单元标识符FF（通用地址）
• PDU：

• • 功能码：10
  • 起始地址：00 02（第2号寄存器）
  • 寄存器数量：00 02（写入2个寄存器）
  • 数据长度：04（4字节数据）
  • 数据：00 21（第2号寄存器值）、00 2A（第3号寄存器值）

响应报文

00 06 00 00 00 06 FF【 10 00 02 00 02】

• PDU：返回写入的起始地址和数量，确认操作成功 。

3、功能码0x06：写单个保持寄存器

请求报文

00 01 00 00 00 06 01 【 06 00 02 00 A3】

• MBAP头（7字节）:

• • 事务标识符: 00 01（用于匹配请求与响应）
  • 协议标识符: 00 00（固定为Modbus TCP协议）
  • 长度: 00 06（后续PDU+单元标识符共6字节）
  • 单元标识符: 01（从站地址）

• PDU（5字节）:

• • 功能码: 06（写单个保持寄存器）
  • 寄存器地址: 00 02（目标寄存器地址为2号寄存器）
  • 写入值: 00 A3（寄存器写入值为0x00A3，即十进制163）

响应报文

00 01 00 00 00 06 01【 06 00 02 00 A3】

• PMBAP头与请求一致（事务标识符00 01匹配）
• PDU与请求完全一致，表示操作成功 。

小白需知：

报文是16进制

1个字节（byte）=8位（bit）

如00是1个字节（因为是16进制，2的4次方占4位，所以一个0是四位，00是八位=1个字节）

2个字节是一个地址

两个ASSIIC是一个地址，如“3A110011”占四个地址

如00 06 00 00 00 0B FF 【 10 00 02 00 02 04 00 21 00 2A】中00 21是一个寄存器地址，00 2A是一个寄存器地址

【short ushort】 是16位 占两个字节如 00 21

【int uint】         是32位 占四个字节如00 21 00 2A

long                    是64位 占八个字节