0
0

Java 整合 Modbus TCP

Modbus协议

1.概述

概念

Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司（现在的施耐德电气 Schneider Electric）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准（De facto），并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。

优势

  • Modbus协议标准开放、公开发表且无版权要求
  • Modbus协议支持多种电气接口，包括RS232、RS485、TCP/IP等，还可以在各种介质上传输，如双绞线、光纤、红外、无线等
  • Modbus协议消息帧格式简单、紧凑、通俗易懂。用户理解和使用简单，厂商容易开发和集成，方便形成工业控制网络

通讯方式

1、ASCII模式
当控制器设为在Modbus网络上以ASCII模式通信，在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。

2、RTU模式
当控制器设为Modbus网络上以RTU（远程终端单元）模式通信，在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。

3、Modbus TCP
在Modbus TCP/IP协议中,串行链路中的主/从设备分别演变为客户端/服务器端设备。即客户端相当于主站设备,服务器端相当于从站设备。基于TCP/IP网络的传输特性,串行链路上一主多从的构造也演变为多客户端/多服务器端的构造模型。Modbus TCP/IP服务器端通常使用端口502作为接收报文的端口, IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互联网编号分配管理机构）给Modbus协议赋予TCP端口号为502，这是目前在仪表与自动化行业中唯一分配到的端口号。

2.组成

物理模型

ModBus 基础模型

线圈寄存器：实际上就可以类比为开关量（继电器状态），每一个bit对应一个信号的开关状态。所以一个byte就可以同时控制8路的信号。比如控制外部8路io的高低。 线圈寄存器支持读也支持写，写在功能码里面又分为写单个线圈寄存器和写多个线圈寄存器。对应上面的功能码也就是：0x01 0x05 0x0f

离散输入寄存器：如果线圈寄存器理解了这个自然也明白了。离散输入寄存器就相当于线圈寄存器的只读模式，他也是每个bit表示一个开关量，而他的开关量只能读取输入的开关信号，是不能够写的。比如我读取外部按键的按下还是松开。所以功能码也简单就一个读的 0x02

保持寄存器：这个寄存器的单位不再是bit而是两个byte，也就是可以存放具体的数据量的，并且是可读写的。一般对应参数设置，比如我我设置时间年月日，不但可以写也可以读出来现在的时间。写也分为单个写和多个写，所以功能码有对应的三个：0x03 0x06 0x10

输入寄存器：这个和保持寄存器类似，但是也是只支持读而不能写，一般是读取各种实时数据。一个寄存器也是占据两个byte的空间。类比我我通过读取输入寄存器获取现在的AD采集值。对应的功能码也就一个 0x0

ModbusTCP数据帧: MBAP + PDU

MBAP（报文头）
内容大小描述00 002字节报文的序列号，一般通信之后要加1来区分不同的通信数据报文。00 002字节00 00标识Modus TCP协议00 062字节数据的长度，单位字节011字节设备地址
PDU（数据体）

功能码（1字节）+数据（不确定）

例如

​ 0x03 : 读保持寄存器

​ 请求：MBAP（7字节） 功能码（1字节） 起始地址（2字节） 寄存器数量（2字节）

​ 响应：MBAP（7字节） 功能码（1字节） 数据长度（1字节） 数据n个（2n字节）

​ 请求

​ 00 01 00 00 00 06010300 00 00 03

​ 00 01 ：代表该连接的第1个请求

​ 00 00 ：代表Modbus TCP协议

​ 00 06 ：后面数据长度，单位字节

​ 01 ：设备地址

​ 03 ：功能码

​ 00 00 ：起始地址

​ 00 03 ：寄存器数量

​ 响应

​ 00 01 00 00 00 090103 06 00 21 00 00 00 00

​ 06 ：后面数据长度

​ 00 21 00 00 00 00：标识三个寄存器中的值（00 21代表第一个，00 00 第二 ， 00 00 第三个 ）

功能码

0x01: 读线圈寄存器

0x02: 读离散输入寄存器

0x03: 读保持寄存器

0x04: 读输入寄存器

0x05: 写单个线圈寄存器

0x06: 写单个保持寄存器

0x0f:  写多个线圈寄存器

0x10: 写多个保持寄存器

3.虚拟机

下载地址 ： Modbus Slave Sim V3.2 x 64

1.进入页面

模拟器初始页面

2.连接

模拟器中设置链接

3.配置选择不同的寄存器/线圈

选择不同的寄存器

4.Java实现

关于Modbus相关的jar包

  • Jamod：Java Modbus实现：Java Modbus库。该库由Dieter Wimberger实施。
  • ModbusPal：ModbusPal是一个正在进行的Java项目，用于创建逼真的Modbus从站模拟器。由于预定义的数学函数和/或Python脚本，寄存器值是动态生成的。ModbusPal依赖于RxTx进行串行通信，而Jython则依赖于脚本支持
  • Modbus4J：Serotonin Software用Java编写的Modbus协议的高性能且易于使用的实现。支持ASCII，RTU，TCP和UDP传输作为从站或主站，自动请求分区，响应数据类型解析和节点扫描
  • JLibModbus：JLibModbus是java语言中Modbus协议的一种实现。jSSC和RXTX用于通过串行端口进行通信。该库是一个经过积极测试和改进的项目。

代码使用 Modbus4J 来演示

引入Modbus4Jjar包

<!-- Modbus --><dependencies><dependency><groupId>com.infiniteautomation</groupId><artifactId>modbus4j</artifactId><version>3.0.4</version></dependency></dependencies><!-- 若想引用modbus4j需要引入下列repository id:ias-snapshots id:ias-releases 两个 ，使用默认仓库下载，不要使用阿里云仓库--><repositories><repository><releases><enabled>false</enabled></releases><snapshots><enabled>true</enabled></snapshots><id>ias-snapshots</id><name>Infinite Automation Snapshot Repository</name><url>https://maven.mangoautomation.net/repository/ias-snapshot/</url></repository><repository><releases><enabled>true</enabled></releases><snapshots><enabled>false</enabled></snapshots><id>ias-releases</id><name>Infinite Automation Release Repository</name><url>https://maven.mangoautomation.net/repository/ias-release/</url></repository></repositories>

代码实现读取和写入

importcom.serotonin.modbus4j.ModbusFactory;importcom.serotonin.modbus4j.ModbusMaster;importcom.serotonin.modbus4j.code.DataType;importcom.serotonin.modbus4j.exception.ErrorResponseException;importcom.serotonin.modbus4j.exception.ModbusInitException;importcom.serotonin.modbus4j.exception.ModbusTransportException;importcom.serotonin.modbus4j.ip.IpParameters;importcom.serotonin.modbus4j.locator.BaseLocator;importcom.serotonin.modbus4j.msg.*;/**
 * Modbus 工具类
 */publicclassModbusUtils{/**
     * 工厂
     */staticModbusFactory modbusFactory;staticModbusMaster modbusMaster;static{if(modbusFactory ==null){
            modbusFactory =newModbusFactory();}}/**
     * 获取master
     * @return
     */publicstaticModbusMastergetMaster()throwsModbusInitException{if(modbusMaster ==null){IpParameters ipParameters =newIpParameters();
            ipParameters.setHost("127.0.0.1");
            ipParameters.setPort(502);
            modbusMaster = modbusFactory.createTcpMaster(ipParameters,true);
            modbusMaster.init();return modbusMaster;}return modbusMaster;}/**
     * 读取线圈开关状态数据  0x01
     * @param slaveId
     * @param offset
     * @return
     * @throws ModbusInitException
     * @throws ModbusTransportException
     * @throws ErrorResponseException
     */publicstaticBooleanreadCoilStatus(int slaveId,int offset)throwsModbusInitException,ModbusTransportException,ErrorResponseException{BaseLocator<Boolean> coilStatus =BaseLocator.coilStatus(slaveId, offset);Boolean res =getMaster().getValue(coilStatus);return res;}/**
     * 读离散输入寄存器状态数据  0x02
     * @param slaveId
     * @param offset
     * @return
     * @throws ModbusInitException
     * @throws ModbusTransportException
     * @throws ErrorResponseException
     */publicstaticBooleaninputStatus(int slaveId,int offset)throwsModbusInitException,ModbusTransportException,ErrorResponseException{BaseLocator<Boolean> inputStatus =BaseLocator.inputStatus(slaveId, offset);Boolean res =getMaster().getValue(inputStatus);return res;}/**
     * 读保持寄存器数据  0x03
     * @param slaveId
     * @param offset
     * @param dataType
     * @return
     * @throws ModbusInitException
     * @throws ModbusTransportException
     * @throws ErrorResponseException
     */publicstaticNumberholdingRegister(int slaveId,int offset,int dataType)throwsModbusInitException,ModbusTransportException,ErrorResponseException{BaseLocator<Number> holdingRegister =BaseLocator.holdingRegister(slaveId, offset, dataType);Number value =getMaster().getValue(holdingRegister);return value;}/**
     * 读输入寄存器数据   0x04
     * @param slaveId
     * @param offset
     * @param dataType
     * @return
     * @throws ModbusInitException
     * @throws ModbusTransportException
     * @throws ErrorResponseException
     */publicstaticNumberinputRegister(int slaveId,int offset,int dataType)throwsModbusInitException,ModbusTransportException,ErrorResponseException{BaseLocator<Number> inputRegister =BaseLocator.inputRegister(slaveId, offset, dataType);Number value =getMaster().getValue(inputRegister);return value;}/**
     * 写线圈开关状态数据  0x05
     * @param slaveId
     * @param offset
     * @param status
     * @return
     * @throws ModbusTransportException
     * @throws ModbusInitException
     */publicstaticBooleanwriteCoilStatus(int slaveId,int offset,boolean status)throwsModbusTransportException,ModbusInitException{boolean coilValue = status;WriteCoilRequest coilRequest =newWriteCoilRequest(slaveId, offset, coilValue);WriteCoilResponse coilResponse =(WriteCoilResponse)getMaster().send(coilRequest);return!coilResponse.isException();}/**
     * 写单个保持寄存器数据 0x06
     * @param slaveId
     * @param offset
     * @param vlaue
     * @return
     * @throws ModbusTransportException
     * @throws ModbusInitException
     */publicstaticBooleanwriteRegister(int slaveId,int offset,int vlaue)throwsModbusTransportException,ModbusInitException{WriteRegisterRequest registerRequest =newWriteRegisterRequest(slaveId,offset,vlaue);WriteRegisterResponse registerResponse =(WriteRegisterResponse)getMaster().send(registerRequest);return!registerResponse.isException();}/**
     * 写线圈开关状态数据【多】  0x0f
     * @param slaveId
     * @param offset
     * @param booleans
     * @return
     * @throws ModbusTransportException
     * @throws ModbusInitException
     */publicstaticBooleanwriteCoils(int slaveId,int offset,boolean[] booleans)throwsModbusTransportException,ModbusInitException{WriteCoilsRequest writeCoils =newWriteCoilsRequest(slaveId, offset, booleans);WriteCoilsResponse coilsResponse =(WriteCoilsResponse)getMaster().send(writeCoils);return!coilsResponse.isException();}/**
     * 写保存寄存器数据【多】  0x10
     * @param slaveId
     * @param offset
     * @param nums
     * @return
     * @throws ModbusTransportException
     * @throws ModbusInitException
     */publicstaticBooleanwriteRegisters(int slaveId,int offset,short[] nums)throwsModbusTransportException,ModbusInitException{WriteRegistersRequest writeRegisters =newWriteRegistersRequest(slaveId, offset, nums);WriteRegistersResponse registersResponse =(WriteRegistersResponse)getMaster().send(writeRegisters);return!registersResponse.isException();}publicstaticvoidmain(String[] args)throwsModbusInitException,ModbusTransportException,ErrorResponseException{// 01测试//        Boolean v0001 = readCoilStatus(1, 0);//        Boolean v0002 = readCoilStatus(1, 1);//        Boolean v0008 = readCoilStatus(1, 7);//        System.out.println("get v0001 :" + v0001);//        System.out.println("get v0002 :" + v0002);//        System.out.println("get v0008 :" + v0008);// 03测试//        Number v0001 = holdingRegister(136, 3, DataType.TWO_BYTE_INT_SIGNED);//        Number v0003 = holdingRegister(1, 2, DataType.TWO_BYTE_INT_SIGNED);//        Number v0009 = holdingRegister(1, 8, DataType.TWO_BYTE_INT_SIGNED);//        System.out.println("get v0001  result:" + v0001);//        System.out.println("get v0003  result:" + v0003);//        System.out.println("get v0009  result:" + v0009);// 04测试//        Number v0001 = inputRegister(136, 0, DataType.TWO_BYTE_INT_SIGNED);//        Number v0003 = inputRegister(136, 2, DataType.TWO_BYTE_INT_SIGNED);//        Number v0009 = inputRegister(136, 8, DataType.TWO_BYTE_INT_SIGNED);//        System.out.println("get v0001  result:" + v0001);//        System.out.println("get v0003  result:" + v0003);//        System.out.println("get v0009  result:" + v0009);// 05测试//        Boolean v0001 = writeCoilStatus(1, 0, true);//        Boolean v0002 = writeCoilStatus(1, 1, false);//        Boolean v0007 = writeCoilStatus(1, 6, true);//        System.out.println("update v0001 status result:" + v0001);//        System.out.println("update v0002 status result:" + v0002);//        System.out.println("update v0007 status result:" + v0007);// 06测试//        Boolean v0001 = writeRegister(136, 0, 98);//        Boolean v0002 = writeRegister(136, 1, 0);//        Boolean v0007 = writeRegister(136, 6, 100);//        System.out.println("update v0001 status result:" + v0001);//        System.out.println("update v0002 status result:" + v0002);//        System.out.println("update v0007 status result:" + v0007);// 0f测试//Boolean res1 = writeCoils(1, 1, new boolean[]{true, true, false, true});// 10测试//Boolean res2 = writeRegisters(136, 7, new short[]{1, 2, 3});//Boolean res3 = writeRegisters(136, 7, new short[]{991, 778, 25, 0});}}

测试结果

​ 01测试 （读取线圈寄存器状态）

测试读取线圈状态数据结果

[main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Encap Request: 00 01 00 00 00 06 01 01 00 00 00 01 
 [main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Sending on port: 502[main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Response: 00 01 00 00 00 04 01 01 01 01 
 [main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Encap Request: 00 02 00 00 00 06 01 01 00 01 00 01 
 [main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Sending on port: 502[main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Response: 00 02 00 00 00 04 01 01 01 00 
 [main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Encap Request: 00 03 00 00 00 06 01 01 00 07 00 01 
 [main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Sending on port: 502[main] DEBUG com.serotonin.modbus4j.ip.tcp.TcpMaster - Response: 00 03 00 00 00 04 01 01 01 01 
get v0001 :true
get v0002 :false
get v0008 :true

读取对应的寄存器/线圈 系统中能获取到模拟器中的数据。

写入对应的寄存器/线圈 模拟器中的数据也会发生变化。

标签： java tcp/ip 物联网
本文转载自: https://blog.csdn.net/m0_58567231/article/details/129349968
版权归原作者 中断请求 所有， 如有侵权，请联系我们删除。
登录后发布评论

“Java 整合 Modbus TCP”的评论:

还没有评论
关于作者
...
overfit同步小助手
文章同步
相关阅读

C#与C++交互开发系列（二十）：跨进程通信之共享内存（Shared Memory）

hadoop技术实验- 第4章 HBase 开发：使用Java操作HBase

智能对话微信前端小程序设计与开发

前端配置开发环境：新电脑配置前端开发环境，Vue开发环境配置的详细过程

SpringBoot集成MQTT服务器和客户端并通过WebSocket将消息实时发送到前端（本地搭建MQTT服务器）

idea | 搭建 SpringBoot 项目之配置 Maven

Python毕业设计选题：基于django+vue的全国民宿信息管理系统

文章导航