接下來的內容，我會以從頭開發一個簡單的基于modbus tcp通信的案例，來實現一個基礎的通信功能。

有關環境：

開發環境：VS 2022企業版

運行環境：Win 10 專業版

.NET 環境版本：.NET 6

【備注】 源碼在文末?

1、新建一個基于.NET 6帶控制器的webapi項目，以及一個類庫項目。如下圖所示，新建以后的項目目錄結構。

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2、由于modbus tcp通信實際上就是一個socket通信，所以在類庫項目下，先創建了一個Modbus服務類，并且提供一個基于socket通信連接的方法。socket連接以后，需要返回socket實例拿來使用。

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3、為了方便一點，再新增一個通用的返回信息類，用于存儲一些返回信息使用。

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4、基于以上的返回信息類，咱對連接方法進行稍微改造一下，讓它看起來更方便一點。這樣可以用來驗證連接是否正常，以及返回對應的異常信息，好做進一步處理。

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5、Modbus TCP請求的報文規則，一些解析信息如下：

站地址：默認0x01, 除非PLC告訴我們其他站地址。

功能碼：代表讀寫數據時候指定的讀寫方法等。例如讀取線圈的功能碼是0x01。

地址和讀取長度：地址目前個人在施耐德物理的PLC環境上，不能超過30000。同時，單次讀寫長度不能超過248個byte，否則PLC可能會飄。當然，也可能將來一些PLC可以支持更長的批量數據讀寫，目前在施耐德PLC環境下不支持(具體型號忘記了，有點久了，當前身邊沒得PLC了，等下會使用仿真工具來做環境)。

頭部校驗(消息唯一識別碼)：0~65535，用于PLC服務端進行區分不同的客戶端而使用的一組數據標識，不同的客戶端必須保證標識碼不重合。例如多個客戶端同時存在時候，發起的通信請求，必須保持不一樣的識別碼，否則Modbus服務端有可能會因為不知是哪個客戶端發起的請求而導致信息亂了。

無(協議標識)：默認0,代表是Modbus協議。

數據長度：發送的報文的長度，剛好是6位，所以可以寫成固定值0x06。(寫入的規則不一樣，此處固定值只當作讀取時候使用)

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6、根據協議的一些具體內容，寫一個存儲功能碼和異常返回碼的數據類，用于后期做通信時候傳參和通信數據驗證使用。有關協議具體內容，如下代碼所示。

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7、由于異常碼是byte數據，直接驗證可能會麻煩一點，為了可以直觀一些，此處再新增一個用于解析Modbus返回的異常信息的方法，用于備用。

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8、根據協議規則，提供一些參數，并先搭建一個簡單的方法框架，用來可以進行讀取線圈的功能。包含簡單的報文數據拆分以及報文發送和接收。由于發送報文長度不能超過248byte（1 bool大小 == 1 byte，如果是其他類型，需要做其他長度換算），所以當長度超過時候，做個簡單的算法進行拆分再發送，防止發生不必要的異常。以下做一個讀取線圈(Bool類型數據)的簡單方法。

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9、根據上方提供的協議報文組裝規則，進行開發一個通用的報文組織方法。有高低位之分，所以對于占用2byte的數據，需要進行"倒裝"。

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10、發送報文以后，返回的報文含有校驗信息：發送的數據報文的第7位的數據，加上?0x80?以后，跟返回的報文的第7位byte數據如果一致，則代表當前通信上可能有異常。異常碼在接收的響應報文的第8位。

所以可以繼續寫一個驗證是否成功的校驗方法：

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11、由于返回的數據也都是byte數據，以上讀取的線圈值(布爾值)，就需要提供一個數據類型轉換的功能用于把byte數組轉換為bool數組。

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12、對讀取線圈的最開始的方法，進行一些完善以后的代碼如下。響應報文長度是 發送數據長度*2+9 。

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13、接下來做一個簡單的測試。準備一下仿真環境，進行本地的測試，看看是否可以連通。先準備兩個工具，一個是 modbus poll，另一個是modbus slave。一個用來模擬服務端環境，另一個可用來模擬數據收發驗證。

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14、兩邊都設置為讀寫單個線圈的功能，用于測試以上線圈讀取的代碼的功能。

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15、兩邊都設置為modbus tcp連接方式。Slave站點啟動以后，默認為本地，poll工具上的IP地址選擇本地即可。如果是真實PLC環境，則填寫真實PLC地址。

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16、測試兩邊是否通信上。給任意一個地址寫入一個true,可以看到另一邊也同步更新，說明通信是通的了。

【注意】modbus工具，poll和slave工具默認占用了消息唯一標識碼，大概是1~5左右的固定值，所以使用該工具期間，建議程序上的唯一消息識別碼設置為5以上，以防止通信干擾。

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17、接下來就可以繼續完善代碼進行驗證了。先新增ModbusService的接口IModbusService，用于實現依賴注入。然后在program.cs文件里面進行服務注冊。

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18、新建一個控制器，用來進行模擬實驗。有關代碼和注釋如圖所示。

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19、進行讀取一個長度試試效果。結果是數據不支持，說明報文有問題。

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20、通過斷點，找到問題所在，上面的代碼里面，length經過簡單算法計算以后等于0，此處需要用的應該是newLength變量的值。

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21、再次測試，地址從1開始，讀取兩個地址，結果符合預期。

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22、再測試一下，從0開始讀取30個，并隨即設置若干個是True的值。

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23、其他的寫入、以及其他類型讀寫，基本類似。由于篇幅有限，就不繼續進行一步一步操作的截圖了。讀取的，選好類型，報文格式都是一樣的，唯一有差別的是寫入的報文。下面是寫入單個線圈值的報文。線圈當前僅支持一個一個寫入。

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24、寫入寄存器的規則會有些偏差，協議規則如下圖。

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【備注】以上圖的標題，我寫錯了，應該是 “寫入寄存器”報文協議，懶得換圖了，大佬們看的時候自己辨別哈~

?讀取線圈當作引導，其他類型也都異曲同工，大佬們可以自行嘗試。

?另外說點，如果是生產環境下使用，建議把客戶端連接做成【長連接】，不然重復創建連接比較耗費資源，耗時也會因為新建連接而占用一大半。同時，如果是多線程訪問，使用同一個客戶端連接，必須加鎖，否則會干擾數據；如果是多線程，不同客戶端，就要保證每個消息識別碼必須不同，如果存在同一個識別碼，很容易發生數據異常等情況。

有關源碼：

ModbusService源碼：

public class ModbusService: IModbusService{        public ResultInformation<Socket> ConnectModbusTcpService( IPAddress ip, int port){ResultInformation<Socket> client = new();            try{client.Result = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);client.Result.Connect(new IPEndPoint(ip, port));client.IsSucceed = true;}            catch (Exception ex){client.IsSucceed=false;client.Message = ex.Message;}            return client;}        /// <summary>/// 讀取線圈值(Bool)        /// </summary>/// <param name="client">客戶端</param>/// <param name="headCode">頭部標識</param>/// <param name="station">站地址</param>/// <param name="address">地址</param>/// <param name="length">長度</param>/// <returns></returns>public ResultInformation<bool[]> ReadCoils(Socket client,ushort headCode,byte station, ushort address, ushort length){ResultInformation<bool[]> result = new();            int resultIndex = 0;            ushort newLength = 0;            ushort realLength = length;  // 存儲實際長度try{List<byte> byteResult = new List<byte>(); // 存儲實際讀取到的所有有效的byte數據while (length > 0){                    if (length > 248)  // 長度限制，不能超過248                    {length = (ushort)(length - 248);newLength = 248;}                    else{newLength = length;length = 0;}resultIndex += newLength;                    byte[] sendBuffers = BindByteData(headCode,station,FunctionCode.ReadCoil,address,newLength); // 組裝報文                    client.Send(sendBuffers);                    byte[] receiveBuffers = new byte[newLength * 2 + 9]; int count = client.Receive(receiveBuffers); // 等待接收報文var checkResult = CheckReceiveBuffer(sendBuffers, receiveBuffers); // 驗證消息發送成功與否if (checkResult.IsSucceed){                        // 成功，如果長度超出單次讀取長度，進行繼續讀取，然后對數據進行拼接List<byte> byteList = new List<byte>(receiveBuffers);byteList.RemoveRange(0, 9); // 去除前面9個非數據位byteResult.AddRange(byteList); // 讀取到的數據進行添加進集合address += newLength; // 下一個起始地址                    }                    else{                        throw new Exception(checkResult.Message);}}result.IsSucceed = true;result.Result = ByteToBoolean(byteResult.ToArray(), realLength);}            catch (Exception ex){result.IsSucceed = false;result.Result = new bool[0];result.Message = ex.Message;}            return result;}        private bool[] ByteToBoolean(byte[] data,int length){            if (data == null){                return new bool[0];}            if (length > data.Length * 8) length = data.Length * 8;            bool[] result = new bool[length];            for (int i = 0; i < length; i++){                int index = i / 8;                int offect = i % 8;                byte temp = 0;                switch (offect){                    case 0: temp = 0x01; break;                    case 1: temp = 0x02; break;                    case 2: temp = 0x04; break;                    case 3: temp = 0x08; break;                    case 4: temp = 0x10; break;                    case 5: temp = 0x20; break;                    case 6: temp = 0x40; break;                    case 7: temp = 0x80; break;                    default: break;}                if ((data[index] & temp) == temp){result[i] = true;}}            return result;}        private byte[] BindByteData(ushort headCode,byte station,byte functionCode,ushort address, ushort length){            byte[] head = new byte[6];head[0] = station; // 站地址head[1] = functionCode; // 功能碼head[2] = BitConverter.GetBytes(address)[1]; // 起始地址head[3] = BitConverter.GetBytes(address)[0];head[4] = BitConverter.GetBytes(length)[1]; // 長度head[5] = BitConverter.GetBytes(length)[0];            return GetSocketBytes(headCode,head);}        private byte[] GetSocketBytes(ushort headCode,byte[] head){            byte[] buffers = new byte[head.Length+6]; buffers[0] = BitConverter.GetBytes(headCode)[1];buffers[1] = BitConverter.GetBytes(headCode)[0];            // 2 和 3位置默認，所以不需要賦值buffers[4] = BitConverter.GetBytes(head.Length)[1];buffers[5] = BitConverter.GetBytes(head.Length)[0];head.CopyTo(buffers, 6);            return buffers;}        private ResultInformation<string> CheckReceiveBuffer(byte[] send,byte[] receive){ResultInformation<string> result = new();            if ((send[7] + 0x80) == receive[7]){                var str = FunctionCode.GetDescriptionByErrorCode(receive[8]);result.IsSucceed = false;result.Message = str;}            else{result.IsSucceed = true;}            return result;}}

控制器源碼：

[Route("api/[controller]/[action]")][ApiController]    public class TestModbusController : ControllerBase{IModbusService _service;        public TestModbusController(IModbusService modbusService){_service = modbusService;}[HttpPost]        public IActionResult ReadCoil(ushort address, ushort length){            var ip = IPAddress.Parse("127.0.0.1"); // ip地址int port = 502; // modbus tcp通信，默認端口byte station = (byte)((short)1); // 站地址為1var connectResult = _service.ConnectModbusTcpService(ip,port);            if (connectResult.IsSucceed){                // socket連接創建成功var readResult = _service.ReadCoils(connectResult.Result,6,station,address,length);  // 唯一消息碼設為6(大于5，且不重復即可)if (readResult.IsSucceed){                    if (readResult.Result.Any()){StringBuilder sb = new StringBuilder();                        for(int i = 0; i < readResult.Result.Length; i++){sb.AppendLine($"[{i}]:{readResult.Result[i]}");}                        return Ok(sb.ToString());}}                else{                    return Ok(readResult.Message);}}            else{                return Ok(connectResult.Message);}            return Ok();}}

功能碼和異常碼：

public class FunctionCode{        #region 功能碼        public const byte ReadCoil = 0x01; // 讀取線圈狀態  寄存器PLC地址 00001 - 09999public const byte ReadInputDiscrete = 0x02; // 讀取 可輸入的離散量  寄存器PLC地址 10001 - 19999public const byte ReadRegister = 0x03; // 讀取 保持寄存器  40001 - 49999public const byte ReadInputRegister = 0x04; // 讀取 可輸入寄存器  30001 - 39999public const byte WriteSingleCoil = 0x05; // 寫單個 線圈  00001 - 09999public const byte WriteSingleRegister = 0x06; // 寫單個 保持寄存器  40001 - 49999public const byte WriteMultiCoil = 0x0F;  // 寫多個 線圈  00001 - 09999public const byte WriteMultiRegister = 0x10; // 寫多個 保持寄存器  40001 - 49999public const byte SelectSlave = 0x11; //  查詢從站狀態信息  (串口通信使用)#endregion#region 異常碼        public const byte FunctionCodeNotSupport = 0x01;// 非法功能碼public const byte DataAddressNotSupport = 0x02;// 非法數據地址public const byte DataValueNotSupport = 0x03;// 非法數據值public const byte DeviceNotWork = 0x04;// 從站設備異常public const byte LongTimeResponse = 0x05;// 請求需要更長時間才能進行處理請求public const byte DeviceBusy = 0x06;// 設備繁忙public const byte OddEvenError = 0x08;// 奇偶性錯誤public const byte GatewayNotSupport = 0x0A;// 網關錯誤public const byte GatewayDeviceResponseTimeout = 0x0B;// 網關設備響應失敗#endregionpublic static string GetDescriptionByErrorCode(byte code){            switch (code){                case FunctionCodeNotSupport:                    return "FunctionCodeNotSupport";                case DataAddressNotSupport:                    return "DataAddressNotSupport";                case DataValueNotSupport:                    return "DataValueNotSupport";                case DeviceNotWork:                    return "DeviceNotWork";                case LongTimeResponse:                    return "LongTimeResponse";                case DeviceBusy:                    return "DeviceBusy";                case OddEvenError:                    return "OddEvenError";                case GatewayNotSupport:                    return "GatewayNotSupport";                case GatewayDeviceResponseTimeout:                    return "GatewayDeviceResponseTimeout";                default:                    return "UnknownError";}}}

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