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简单实用的Modbus类库

一、简介​

ThingsGateway.Foundation.Modbus 用于Modbus协议通讯，支持主站/从站、ModbusTcp/ModbusRtu，通讯链路支持串口/Tcp/Udp、被动连接(Dtu)

优势：

1、通讯链路与协议解析类松耦合设计

2、支持被动连接(Dtu)设备

3、内置打包算法

4、实体通讯结果映射，并支持打包连读

二、nuget安装​

<PackageReference Include="ThingsGateway.Foundation.Modbus" Version="6.0.3.47" />

三、使用指南​

3.1、创建通道​

 var clientConfig = new TouchSocketConfig();
 //tcp服务
 //var clientChannel = clientConfig.GetTcpServiceWithBindIPHost("tcp://127.0.0.1:502");
 //串口
 //var clientChannel = clientConfig.GetSerialPortWithOption("COM1");
 //udp
 //var clientChannel = clientConfig.GetUdpSessionWithIPHost("127.0.0.1:502",null);

 //tcp客户端
 var clientChannel = clientConfig.GetTcpClientWithIPHost("127.0.0.1:502");

3.2、创建协议类​

modbus主站​

 ModbusMaster modbusMaster = new(clientChannel)
 {
     //modbus协议格式
     ModbusType = Modbus.ModbusTypeEnum.ModbusRtu,
     //ModbusType = Modbus.ModbusTypeEnum.ModbusTcp,

     //默认站号
     Station = 1,
     //默认数据格式
     DataFormat = DataFormatEnum.ABCD,
     //读写超时
     Timeout = 3000,
 };

modbus从站​

ModbusSlave modbusSlave = new(clientChannel)
{
    //modbus协议格式
    ModbusType = Modbus.ModbusTypeEnum.ModbusRtu,
    //ModbusType = Modbus.ModbusTypeEnum.ModbusTcp,

    //默认站号
    Station = 1,
    //默认数据格式
    DataFormat = DataFormatEnum.ABCD,
};

3.3、读写​

读取​

//单独读取Int16类型，其他类型操作类似
var data = await modbusMaster.ReadInt16Async("40001");
//批量读取Int16类型，其他类型操作类似
var data = await modbusMaster.ReadInt16Async("40001", 10);

//对于4字节的解析规则，可在协议类中设置 ``DataFormat`` 属性，也可以读取方式时传入字符串
var data = await modbusMaster.ReadSingleAsync("40001;data=ABCD");

//传入的寄存器地址规则，可以通过文档查看，或者调用GetAddressDescription方法
//查看modbus驱动地址说明
Console.WriteLine(modbusMaster.GetAddressDescription());


//批量读取字节数组
var data = await modbusMaster.ReadAsync("40001", 10);
//也可以直接通过字节数组，获取需要的数据类型
if(data.IsSuccess)
{
    ValueByteBlock valueByteBlock = new(data.Content);
    //读取float
    valueByteBlock.ReadFloat(EndianType.LittleSwap);
}


写入​

//调用WriteAsync方法
var result = await modbusMaster.WriteAsync("40001",(ushort)1);

3.4、打包读取​

IVariable接口实现​

1、实现IVariable接口

2、实现IVariableSource接口

3、调用LoadSourceRead，返回打包封装类

4、调用ReadAsync读取数据，并调用PraseStructContent解析数据

5、解析数据后，可以通过IVariable获取解析后的数据


 //通过数据库等方式获取寄存器/数据类型等配置
 List<VariableClass> variableClasses = new()
 {
     new VariableClass()
     {
         DataType=DataTypeEnum.Int16,
         RegisterAddress="40001",
         IntervalTime=1000,
     },
         new VariableClass()
     {
         DataType=DataTypeEnum.Int32,
         RegisterAddress="40011",
         IntervalTime=1000,
     },
 };
 //调用LoadSourceRead，返回打包封装类
 var deviceVariableSourceReads = modbusMaster.LoadSourceRead<VariableSourceClass>(variableClasses, 100, 1000);

 //IVariableSource列表，调用ReadAsync读取字节数据，并调用PraseStructContent解析数据
 foreach (var item in deviceVariableSourceReads)
 {
     var result = await modbusMaster.ReadAsync(item.RegisterAddress, item.Length);
     if (result.IsSuccess)
     {
         try
         {
             var result1 = item.VariableRunTimes.PraseStructContent(modbusMaster, result.Content, exWhenAny: true);
             if (!result1.IsSuccess)
             {
                //失败日志
                 item.LastErrorMessage = result1.ErrorMessage;
                 item.VariableRunTimes.ForEach(a => a.SetValue(null, isOnline: false));
                 modbusMaster.Logger.Warning(result1.ToString());
             }
         }
         catch (Exception ex)
         {
             modbusMaster.Logger.Exception(ex);
         }
     }
     else
     {
        //通讯失败日志
         item.LastErrorMessage = result.ErrorMessage;
         item.VariableRunTimes.ForEach(a => a.SetValue(null, isOnline: false));
         modbusMaster.Logger.Warning(result.ToString());
     }
 }

VariableObject实体类实现​

1、实现VariableObject虚类，添加业务属性，业务属性需添加VariableRuntime特性，指定寄存器地址、特定数据类型(不填默认为C#属性类型)、读写表达式(原始值为raw，可填：raw*100+10，做一些数学转换))

2、实例化业务实体类，需传入协议对象与连读打包的最大数量

3、可以看到源代码生成器已经自动生成了写入方法，可直接调用WriteAlarmLimitAsync法写入数据

4、调用MultiReadAsync方法执行连读，结果会自动解析到业务实体类的属性中

实体类配置属性VariableRuntime特性​

[GeneratorVariable]
public partial class ModbusVariable : VariableObject
{
    [VariableRuntime(RegisterAddress = "400051",ReadExpressions ="raw*10")]
    public ushort AlarmLevel { get; set; }

    [VariableRuntime(RegisterAddress = "400061;len=10")]
    public string AlarmText { get; set; }

    [VariableRuntime(RegisterAddress = "400071")]
    public float AlarmLimit { get; set; }

    public ModbusVariable(IProtocol protocol, int maxPack) : base(protocol, maxPack)
    {
    }
}


//构造实体类对象，传入协议对象与连读打包的最大数量
ModbusVariable modbusVariable = new(modbusMaster, 100);

//读取，成功结果会映射到实体属性中
var result= await modbusVariable.MultiReadAsync();

 //写入
 //源生成器自动生成了``(Write{属性名称})Async``方法，直接调用即可
 await modbusVariable.WriteAlarmLimitAsync(100);
 
 //输出实体json查看
Console.WriteLine(modbusVariable.ToJsonString());


四、性能测试​

下面可以看到与HslCommunication的基准测试对比

采集100个连续寄存器，采用ModSim32作为测试模拟设备端


    [Benchmark]
    public async Task ThingsGateway()
    {
        for (int i = 0; i < Program.NumberOfItems; i++)
        {
            var result = await thingsgatewaymodbus.ReadAsync("40001", 100);
            if (!result.IsSuccess)
            {
                throw new Exception(result.ToString());
            }
        }
    }

    [Benchmark]
    public async Task HslCommunication()
    {
        for (int i = 0; i < Program.NumberOfItems; i++)
        {
            var result = await modbusTcpNet.ReadAsync("0", 100);
            if (!result.IsSuccess)
            {
                throw new Exception(result.Message);
            }
        }
    }

得益于字节池与Socket异步，虽然都采用字符串解析寄存器地址的方式，但ThingsGateway的内存耗用比较低，并且采集通讯速度更快

五、总结​

ThingsGateway.Foundation.Modbus，非常好用的modbus协议库，尤其是实体通讯类以及自动打包的功能，非常适用于上位机业务使用。

Gitee仓库地址 https://gitee.com/diego2098/ThingsGateway

Github仓库地址 https://github.com/kimdiego2098/ThingsGateway