C# 实现 Modbus TCP 通信

C# 实现 Modbus TCP 通信 结合主流开源库与底层协议实现

一、核心实现方案

1. 使用 NModbus 库（推荐）

安装依赖：

Install-Package NModbus  # NuGet 安装

客户端代码示例：

using System.Net.Sockets;
using Modbus.Device;

public class ModbusTcpClient
{
    public static void Main()
    {
        using TcpClient client = new TcpClient("192.168.0.100", 502); // 连接设备
        var master = ModbusTcpMaster.CreateIp(client);  // 创建 Modbus 主机实例

        // 读取保持寄存器（地址0开始的10个寄存器）
        ushort[] registers = master.ReadHoldingRegisters(0, 10);  
        foreach (var reg in registers)
        {
            Console.WriteLine($"寄存器值: {reg}");
        }
        client.Close();  // 关闭连接
    }
}

关键点：

• ReadHoldingRegisters()：读取保持寄存器（功能码 0x03）
• WriteSingleRegister()：写入单个寄存器（功能码 0x06）
• 自动处理 MBAP 报文头（事务ID、协议ID等）

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2. 手动实现协议帧（理解底层）

请求帧结构：

字段	事务ID (2B)	协议ID (2B)	长度 (2B)	单元ID (1B)	功能码 (1B)	数据 (N B)
示例	0x00 0x01	0x00 0x00	0x00 0x06	0x01	0x03	起始地址+数量

代码实现：

// 构建读寄存器请求帧 (功能码 0x03)
byte[] BuildReadRequest(ushort startAddr, ushort count)
{
    byte[] frame = new byte[12];
    // MBAP 头
    frame[0] = 0x00; frame[1] = 0x01;  // 事务ID
    frame[4] = 0x00; frame[5] = 0x06;  // 长度 = 6字节
    frame[6] = 0x01;                   // 单元ID
    // PDU 部分
    frame[7] = 0x03;                   // 功能码
    frame[8] = (byte)(startAddr >> 8); // 起始地址高字节
    frame[9] = (byte)startAddr;        // 起始地址低字节
    frame[10] = (byte)(count >> 8);    // 寄存器数量高字节
    frame[11] = (byte)count;           // 寄存器数量低字节
    return frame;
}

// 发送请求并解析响应
TcpClient client = new TcpClient("127.0.0.1", 502);
NetworkStream stream = client.GetStream();
stream.Write(requestFrame, 0, requestFrame.Length);

byte[] response = new byte[256];
int bytesRead = stream.Read(response, 0, response.Length);
// 解析响应数据（略）

优势：深入理解协议细节，适合定制化场景。

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二、进阶功能

1. 服务端实现（模拟设备）

using NModbus;
using NModbus.Tcp;

var listener = new TcpListener(IPAddress.Any, 502);
listener.Start();
while (true)
{
    TcpClient client = listener.AcceptTcpClient();
    var factory = new ModbusFactory();
    var slave = factory.CreateSlave(1); // 从站地址=1
    
    // 绑定寄存器数据存储区
    slave.DataStore = new ModbusDataStore(); 
    slave.DataStore.HoldingRegisters[0] = 1234; // 初始化寄存器值
    
    Task.Run(() => slave.Listen(client.GetStream())); // 异步处理请求
}

应用场景：设备仿真、测试上位机逻辑。

2. 错误处理与重连

try
{
    master.WriteSingleRegister(0, 100); // 写入寄存器
}
catch (SocketException ex)
{
    Console.WriteLine($"网络错误: {ex.Message}");
    Reconnect(client); // 重连逻辑
}
catch (ModbusException ex)
{
    Console.WriteLine($"Modbus错误码: {ex.ErrorCode}");
}

3. 批量操作优化

// 一次读取多个寄存器（减少请求次数）
ushort[] batchData = master.ReadHoldingRegisters(0, 50);

// 批量写入寄存器
master.WriteMultipleRegisters(0, new ushort[]{10, 20, 30});

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四、扩展应用

1. 多设备管理

   使用 Dictionary<string, TcpClient>管理多个设备连接。

2. 安全通信

   通过 VPN 或 TLS 加密隧道（需设备支持）。

3. 与工业系统集成

   • 读取 PLC 数据（如西门子 S7-1200）
   • 连接 SCADA 系统（如 Ignition、WinCC）。

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🔗 五、资源推荐

1. 源码推荐：
   • TCP Modbus通讯 采用TCP/IP通讯 www.youwenfan.com/contentcne/112098.html
2. 调试工具：
   • Modbus Poll（测试客户端）
   • Wireshark（抓包分析协议帧）

完整示例代码：NModbus 官方示例 github.com/NModbus/NModbus/tree/master/src/Samples

协议文档：Modbus TCP 规范 modbus.org/docs/Modbus_Messaging_Implementation_Guide_V1_0b.pdf