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大话家 / modbusTcp

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README
MulanPSL-2.0

项目说明

本项目是在云逸的博客文章(https://www.cnblogs.com/ioufev/p/10831289.html)为基础,在其给出的demo的基础上做学习和修改。
本项目中介绍了JLibModbus、Modbus4J、ModbusMasterTcp三种框架的用法,即对应项目中的三个包,值得注意的是,本项目将尝试使用java socket
直接对接modbus,以求加深对modbus的理解。

其他

Modbus是一种串行通信协议。Modbus 一个工业上常用的通讯协议、一种通讯约定。 Modbus协议包括RTU、ASCII、TCP。其中MODBUS-RTU最常用,比较简单,在单片机上很容易实现。
这些Modbus的框架似乎并不支持修改Discrete(0x03)状态数据和InputRegister(0x04)寄存器数据。

分支说明

master
主要是三种框架(jLibModbus、modbus4J、modbusMasterTCP)的读写示例,socket读写示例,IEEE745标准等。

spring
SpringBoot整合modbusMasterTCP框架协议。

Modbus Slave仿真软件的几点说明

Connection -> Auto Connect -> (Enable/Disable)

这里的自动连接是指,是否在软件启动后自动创建Slave链接。

Ignore Unit ID

勾上这个选项,那么当主机(master)连接从机(slave)时,将会忽略slaveId。即只区分功能代码,不区分从机ID。
即使主机待连接的从机ID不存在,也不会报错,只会返回相同功能代码的第一个从机数据。即使后面该ID的从机上线也无效。
如果不勾选,则会对功能代码和从机ID都进行匹配。

框架问题说明

modbus-master-tcp

较为复杂,扩展性强,(异步)底层使用了Netty框架,需要有一定的Java NIO知识。
更新频率和使用情况

jlibmodbus

API文档:https://libmodbus.org/docs/v3.0.6/ 简单易用,扩展性差,性能一般。读取的数据类型只能为整数,需要自己转换。 更新频率和使用情况

modbus4j

无法直接通过maven官方仓库下载,需要先下载至本地。 更新频率和使用情况

报文格式

modbusTCP报文格式

modbus TCP 发送报文格式

示例:new byte[]{a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l} 共12个byte

MBAP报文头一般为7个字节(a, b, c, d, e, f, g),其中:
ab为传输标识符,可以设置为0,也可以设置为每次传输只增1。
cd为协议标识符,其中0000代表ModbusTCP协议,0001代表UNI-TE协议。
ef为后续报文长度,为报文剩下的所有字节数。
g为单元标识符,即设备ID,在MODBUS或MODBUS+串行链路子网中对设备进行寻址时,这个域是用于路由的目的地址。
h为功能码,常见的功能码有:

01:读取线圈状态(单个或多个)
02:读取离散输入状态(单个或多个)
03:读取保持寄存器数据(单个或多个)
04:读取输入寄存器数据(单个或多个)
05:写入单个线圈状态
06:写入单个保持寄存器数据
15:写入多个线圈状态
16:写入多个保持寄存器数据

ij为起始地址,kl为读取数量

modbus TCP 响应报文格式

示例:new byte[]{a, b, c, d, e, f, g, h, i, j1, j2, j3 ...} byte 数量不固定

其中,前7个字节(a, b, c, d, e, f, g)为MBAP报文头,h为功能码,i为数据报文长度,j1、j2、j3 ... 为返回数据内容。

大端与小端问题

根据IEEE754的标准,浮点数的存储至少需要32为bit,而一个地址只有16个bit,因此则要进行拆分,就涉及到存储顺序的问题,可以分为大端模式或小端模式。
小端:将低序字节存储在起始地址。大端:将高序字节存储在起始地址。
在本项目中,并没有考虑到大端和小端的问题,统一采用小端标准,因为小端标准更为复杂,改成大端标准也更为容易。
Modbus Slave软件中的修改步骤如下:
Format --> 32 Bit Float / 64 Bit Double --> Big-endian / Little-endian

附注

附注1

例如,从机数据为:

index value
0 1
1 1
2 1
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 1
9 1

则在响应报文数组中,数值数组第一个值为7(00000111),第二个值为3(11)

附注2

这些方法的参数quantity(需要读取的数量),这里的数量指的是地址数量,而不是数据的数量。因为不同类型的寄存器和不同的数据类型,在数据存储上均有差别,无法一概而论。

  • 线圈(0x01)和离散输入(0x02)只能存储状态布尔值,其一个地址就只有一个binary位,就存储一个数据量。

  • 保持寄存器(0x03)和输入寄存器(0x04)一个地址有16个bit位,前8位和后8位组成两个byte数据。
    二进制数、有/无符号十进制数、十六进制数一个数据量,即对应一个地址数量;
    按照IEEE754标准,一个单精度浮点数需要32位bit,即对应两个地址数量,最多能精确7位有效数字;
    按照IEEE754标准,一个双精度浮点数需要64位bit,即对应四个地址数量,最多能精确15位有效数字;

  • 同时也需要注意,这些bit并非按顺序存储,而是按以下步骤:
    1、判断长度是否是8的倍数,不足则高位补0,补成0的倍数
    2、8位一组分组
    3、按小端模式,高位存储在高地址

  • 例如:浮点数123.4556,对应的二进制为:01000010 11110110 11101001 01111001 (本来就是32位)

地址 数值
0 0100 0010 1111 0110
1 1110 1001 0111 1001
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You can use this software according to the terms and conditions of the Mulan PSL v2. You may obtain a copy of Mulan PSL v2 at: http://license.coscl.org.cn/MulanPSL2 THIS SOFTWARE IS PROVIDED ON AN "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OF ANY KIND, EITHER EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO NON-INFRINGEMENT, MERCHANTABILITY OR FIT FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the Mulan PSL v2 for more details. Mulan Permissive Software License,Version 2 Mulan Permissive Software License,Version 2 (Mulan PSL v2) January 2020 http://license.coscl.org.cn/MulanPSL2 Your reproduction, use, modification and distribution of the Software shall be subject to Mulan PSL v2 (this License) with the following terms and conditions: 0. Definition Software means the program and related documents which are licensed under this License and comprise all Contribution(s). Contribution means the copyrightable work licensed by a particular Contributor under this License. Contributor means the Individual or Legal Entity who licenses its copyrightable work under this License. Legal Entity means the entity making a Contribution and all its Affiliates. Affiliates means entities that control, are controlled by, or are under common control with the acting entity under this License, ‘control’ means direct or indirect ownership of at least fifty percent (50%) of the voting power, capital or other securities of controlled or commonly controlled entity. 1. Grant of Copyright License Subject to the terms and conditions of this License, each Contributor hereby grants to you a perpetual, worldwide, royalty-free, non-exclusive, irrevocable copyright license to reproduce, use, modify, or distribute its Contribution, with modification or not. 2. 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END OF THE TERMS AND CONDITIONS How to Apply the Mulan Permissive Software License,Version 2 (Mulan PSL v2) to Your Software To apply the Mulan PSL v2 to your work, for easy identification by recipients, you are suggested to complete following three steps: i Fill in the blanks in following statement, including insert your software name, the year of the first publication of your software, and your name identified as the copyright owner; ii Create a file named “LICENSE” which contains the whole context of this License in the first directory of your software package; iii Attach the statement to the appropriate annotated syntax at the beginning of each source file. Copyright (c) [Year] [name of copyright holder] [Software Name] is licensed under Mulan PSL v2. You can use this software according to the terms and conditions of the Mulan PSL v2. 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