QT下的Modbus TCP 通讯

  时间:2020-08-25 14:58:00  阅读量:3.0k+  评论数:0  作者:Linux__65535

该篇文章QT下的ModbusTCP通讯除了讲述概念知识,更举例源码分析教学,对这方面技术有需求的朋友可以参考着学习,实用性较强。


前言

Modbus在工业控制中的应用非常多,由于其免费使用加上一定的历史环境,Modbus在PLC上的通讯应用非常多,本文主要介绍Mosbus TCP master(主站)的实现。


一、关于Modbus

Modbus是由MODICON公司开发的一种工业现场总线协议标准,随后施耐德推出了基于TCP/IP的MOdbus协议:Modbus tcp;

Modbus协议是一项应用层报文传输协议,包括ASCII、RTU、TCP三种报文类型。

标准的Modbus协议物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太网接口,采用master/slave方式通信。

####################################################
Modbus有4种操作对象:线圈、离散输入、输入寄存器、保持寄存器
Coils、DiscreteInputs、InputRegisters、HoldingRegisters
线圈:PLC的输出位,开关量,在MOdbus中可读可写;
离散输入:PLC的输入位,开关量,在Modbus中只读;
输入寄存器:PLC中只能从模拟量输入端改变的寄存器,在MODBUS中只读
保持寄存器:PLC中用于输出模拟量信号的寄存器,在MODBUS中可读可写

由于是基于QT去实现的ModbusTCP通讯,所以对Modbus的功能码不需要做过多的掌握,了解即可。


二、Modbus TCP Master的实现

//主站的实现,一般都是上位机做主站,PLC做从站

1.封装自己的Modbus类

QT.pro文件中添加 serialbus 模块:
QT = core gui sql serialbus


让自定义类继承QObject,在头文件中添加相应的头文件

QModbusTcpClient 类 和 QModbusDataUnit 类


在自定义类中创建modbus TCP client 对象指针。
QModbusTcpClient *My_client;


2.Modbus 通过TCP/IP进行连接

自定义类的构造函数中实例化Modbus tcp对象:

My_client = new QModbusTcpClient();

Modbus TCP/IP协议进行连接的时候需要通过IP Port ;
//端口号一般用502

/********************************************
 * 函数名称:Connect_to_modbus(QString IP_address,int Port)
 * 功能:连接到modbus设备
 * 工作方式:
 * 参数:
        参数1:modbus设备的IP地址               QString 类型
        参数2:modbus设备的端口号(一般用502)     int 类型
 * 返回值:成功返回true,失败返回fasle。
 * 备注:
 * 修改记录
*********************************************/
bool My_modbus_tcp::Connect_to_modbus(QString IP_address,int Port)
{
    if(!My_client){
        return false;
    }

    if (My_client->state() != QModbusDevice::ConnectedState) {       //判断当前连接状态是否为断开状态

        //配置modbus tcp的连接参数 IP   Port   modbus协议的端口号为502
        My_client->setConnectionParameter(QModbusDevice::NetworkAddressParameter,IP_address);
        My_client->setConnectionParameter(QModbusDevice::NetworkPortParameter,Port);

        if (!My_client->connectDevice()) {
            qDebug()<< "连接modbus设备失败";
            return false;
        }
        else {
            qDebug()<< "成功连接到modbs设备";
            return true;
        }
    }

    else {
        My_client->disconnectDevice();
        return false;
    }

}

上述代码qDebug()<< "成功连接到modbs设备"不太合理,判断连接成功其实应该以Modbus的连接状态来进行判断的。
连接状态参考帮助手册 enum QModbusDevice::State:
有UnconnectedState、ConnectingState、ConnectedState、ClosingState4种

QModbusClient 类自带了状态改变的信号:QModbusClient::stateChanged
//我在自定义类中添加了两个信号,statechange_on()和statechange_off();用于判断当前是否连接

连接状态相关的代码如下:

先在自定义类的构造函数中绑定信号(QModbusClient::stateChanged)和槽(自定义槽函数)

connect(My_client, &QModbusClient::stateChanged,
              this, &My_modbus_tcp::onStateChanged);//连接状态发生改变时处理函数(connect or discennect)

实现状态改变的槽函数,状态进行变化时发出相应的信号,可以使用该信号进行信号与槽的绑定实现状态改变时的功能。

/********************************************
 * 函数名称:onStateChanged()
 * 功能:监听TCP连接的状态,若状态发生改变,发出对应的信号
 * 工作方式:
 * 参数:无参数
 * 返回值:无返回值
 * 备注:
 * 修改记录:
*********************************************/
void My_modbus_tcp::onStateChanged()               //连接状态改变时的槽函数
{
   if(My_client->state() == QModbusDevice::ConnectedState)
   {
      emit statechange_on();
   }

   else {
      emit statechange_off();
   }
}

3.Modbus 通过TCP/IP读取数据

Modbus对象的4种数据都可以进行读取,线圈和离散输入都是位数据,结果只能是0/1;输入寄存器和保持寄存器可以实现0x00~0xFF;

(1)读取线圈数据

/********************************************
 * 函数名称:read_modbus_tcp_Coils(int start_add,quint16 numbers ,int Server_ID)
 * 功能:发送读取modbus设备线圈数据请求
 * 工作方式:
 * 参数:
 *      参数1:int start_add           读取的起始地址
 *      参数2:quint16 numbers         读取的个数
 *      参数3:int Server_ID           Modbus的设备ID
 * 返回值:成功返回true,失败返回fasle。
 * 备注:
 * 修改记录:
*********************************************/
bool My_modbus_tcp::read_modbus_tcp_Coils(int start_add,quint16 numbers,int Server_ID)
{
    if (!My_client->state() == QModbusDevice::ConnectedState){
        return false;
    }

    QModbusDataUnit ReadUnit(QModbusDataUnit::Coils,start_add,numbers);
    qDebug()<< "配置ReadUnit完成";
     if (auto *reply = My_client->sendReadRequest(ReadUnit, Server_ID))     //1是Server_ID
     {
        if (!reply->isFinished())
        {  qDebug()<< "准备进行信号与槽连接";
           QObject::connect(reply, &QModbusReply::finished,this,&My_modbus_tcp::ReadReady_Coils);
           qDebug()<<"进入读取的槽函数 ";
           return true;
        }
        else
        {
            qDebug()<< "提前delete reply";
            delete reply;
            return false;
        }

     }

     else {
         qDebug()<< "提前退出";
         return false;
     }
}
/********************************************
 * 函数名称:ReadReady_Coils()
 * 功能:接收到读取请求后执行的槽函数
 * 工作方式:
 * 参数:无参数
 * 返回值:没有返回值
 * 备注:
 * 修改记录
*********************************************/
void My_modbus_tcp::ReadReady_Coils()
{
    qDebug()<< "开始执行槽函数";
    QModbusReply *reply = qobject_cast<QModbusReply *>(sender());
       if (!reply){
           qDebug()<< "提前退出";
           return ;
       }
       if (reply->error() == QModbusDevice::NoError)
       {   qDebug()<< "接收数据";
           const QModbusDataUnit unit = reply->result();
           for(uint16_t i=0; i< unit.valueCount();  i  )
           {
               /*
                QByteArray  AllData =unit.values();	//一次性读完
               */

               uint16_t res=unit.value(i);			//一个一个读
               Coils_Bufer[i] = static_cast<uint8_t>(res);
               //读完将数据存储起来  Coils_Bufer[i] 自定的数组 用来存放数据
            
           }

       }
       else
       {
       }

       reply->deleteLater(); // delete the reply
       emit my_readC_finished();	//coils读取完成后emit 读取完成的信号;

}

读取离散变量时和读取线圈数据一样,唯一区别就是配置读取数据单元时换成
QModbusDataUnit ReadUnit(QModbusDataUnit::DiscreteInputs,start_add,numbers);

离散变量读取完成时发出自己的信号(自定义信号)。

(2)读取保持寄存器数据

/********************************************
 * 函数名称:read_modbus_tcp_HoldingRegisters(int start_add,quint16 numbers ,int Server_ID)
 * 功能:发送读取modbus设备HoldingRegisters数据请求
 * 工作方式:
 * 参数
 * 		参数1:读取数据的起始地址
 * 		参数2:读取多少个数据
 * 		参数3:SerVer ID号
 * 返回值:成功返回true,失败返回fasle。
 * 备注:
 *      QModbusDataUnit ReadUnit(QModbusDataUnit::HoldingRegisters,参数1,参数2);
 *      参数1:读取modbus设备的起始地址          int 类型
        参数2:读取几个modbus数据               quint16 类型
 * 修改记录:
*********************************************/
bool My_modbus_tcp::read_modbus_tcp_HoldingRegisters(int start_add,quint16 numbers ,int Server_ID)
{
    QModbusDataUnit ReadUnit(QModbusDataUnit::HoldingRegisters,start_add,numbers);

     if (auto *reply = My_client->sendReadRequest(ReadUnit, Server_ID))     //1是Server_ID
     {
        if (!reply->isFinished())
        {
           QObject::connect(reply, &QModbusReply::finished,this,&My_modbus_tcp::ReadReady_InputRegisters);

        }
        else
        {
            delete reply;
        }

     }

}
/********************************************
 * 函数名称:ReadReady_HoldingRegisters()
 * 功能:槽函数,发送请求成功后,接收数据将其存储在Hold_Bufer[]数组中
 * 工作方式:
 * 参数:无参数
 * 返回值:没有返回值
 * 备注:
 * 修改记录
*********************************************/
void My_modbus_tcp::ReadReady_HoldingRegisters()
{
    QModbusReply *reply = qobject_cast<QModbusReply *>(sender());
       if (!reply){
           return ;
       }
       if (reply->error() == QModbusDevice::NoError)
       {
           const QModbusDataUnit unit = reply->result();

           for(uint16_t i=0; i< unit.valueCount(); )
           {
               uint16_t res=unit.value(i);
               Input_Bufer[i] = static_cast<uint8_t>(res);
               i  ;
           }
        
       }
       else
       {
       }

       reply->deleteLater(); // delete the reply
       emit my_readH_finished();		//自定义的信号
}

输入寄存器类似,换掉配置单元的数据即可。

(3)给线圈写入数据

/********************************************
 * 函数名称: Write_modbus_tcp_Coils(QString str1,int star_add,int number)
 * 功   能: 将想要修改的数据写入到modbus设备某个(某些)地址的Coils中。
 * 工作方式:
 * 参   数:
 *          参数1:要写入的数据(例:1 0 1 0 1 0)   QString 类型
 *          参数2:写入数据的起始地址               int 类型
 *          参数3:写入数据的个数                   quint16
 * 返回值:没有返回值
 * 备注:一次性可以写入单个或者多个数据,取决于该函数执行时参数。
 * 修改记录
*********************************************/
bool My_modbus_tcp::Write_modbus_tcp_Coils(QString str1,int star_add,int number)
{
    quint16 number1 = static_cast<quint16>(number); //C  中的数据类型转换
    QModbusDataUnit writeUnit(QModbusDataUnit::Coils,star_add,number1);

    for (uint i1 = 0; i1 < writeUnit.valueCount(); i1  ) {
        int j1 = 2*i1;
        QString stt = str1.mid (j1,1);
        bool ok;
        quint16 hex1 =stt.toInt(&ok,16);//将textedit中读取到的数据转换为16进制发送
        writeUnit.setValue(i1,hex1);//设置发送数据
     }

    if (auto *reply = My_client->sendWriteRequest(writeUnit, 1)) {// ui->spinBox_SerAddress->value()是server address   sendWriteRequest是向服务器写数据
            if (!reply->isFinished()) {   //reply Returns true when the reply has finished or was aborted.
                connect(reply, &QModbusReply::finished, this, [this, reply]() {
                    if (reply->error() == QModbusDevice::ProtocolError) {
                        qDebug() << (tr("Write response error: %1 (Mobus exception: 0x%2)")
                            .arg(reply->errorString()).arg(reply->rawResult().exceptionCode(), -1, 16),
                            5000);
                    } else if (reply->error() != QModbusDevice::NoError) {
                        qDebug()<< (tr("Write response error: %1 (code: 0x%2)").
                            arg(reply->errorString()).arg(reply->error(), -1, 16), 5000);
                    }
                    reply->deleteLater();
                });
            } else {
                // broadcast replies return immediately
                reply->deleteLater();
            }
        } else {
            qDebug() << (tr("Write error: ")   My_client->errorString(), 5000);
        }

}

!!!写数据时必须转化位16进制写入

(4)给保持寄存器写数据

/********************************************
 * 函数名称: Write_modbus_tcp_HoldingRegisters(QString str1,int star_add,int number)
 * 功   能: 将想要修改的数据写入到modbus设备某个(某些)地址的HoldingRegisters中。
 * 工作方式:
 * 参   数:
 *          参数1:要写入的数据(例:FF A0 00等)   QString 类型
 *          参数2:写入数据的起始地址               int 类型
 *          参数3:写入数据的个数                   quint16
 * 返回值:没有返回值
 * 备注:一次性可以写入单个或者多个数据,取决于该函数执行时参数。
 * 修改记录
*********************************************/
bool My_modbus_tcp::Write_modbus_tcp_HoldingRegisters(QString str1,int star_add,int number)
{
    qDebug()<< "准备写holding数据::";
    QByteArray str2 = QByteArray::fromHex (str1.toLatin1().data());//按十六进制编码接入文本
    QString str3 = str2.toHex().data();//以十六进制显示

    quint16 number1 = static_cast<quint16>(number);
    QModbusDataUnit writeUnit(QModbusDataUnit::HoldingRegisters,star_add,number1);
    int j1 = 0;
    for (uint i1 = 0; i1 < writeUnit.valueCount(); i1  ) {

        if(i1 == 0){
            j1 = static_cast<int>(2*i1);
        }
        else {
           j1 = j1 3;
        }
        QString stt = str1.mid (j1,2);
        bool ok;
        quint16 hex1 =static_cast<quint16>(stt.toInt(&ok,16));//将textedit中读取到的数据转换为16进制发送
        writeUnit.setValue(static_cast<int>(i1),hex1);//设置发送数据
     }

    if (auto *reply = My_client->sendWriteRequest(writeUnit, 1)) {// ui->spinBox_SerAddress->value()是server address   sendWriteRequest是向服务器写数据
            if (!reply->isFinished()) {   //reply Returns true when the reply has finished or was aborted.
                connect(reply, &QModbusReply::finished, this, [this, reply]() {
                    if (reply->error() == QModbusDevice::ProtocolError) {
                        qDebug() << (tr("Write response error: %1 (Mobus exception: 0x%2)")
                            .arg(reply->errorString()).arg(reply->rawResult().exceptionCode(), -1, 16),
                            5000);
                    } else if (reply->error() != QModbusDevice::NoError) {
                        qDebug()<< (tr("Write response error: %1 (code: 0x%2)").
                            arg(reply->errorString()).arg(reply->error(), -1, 16), 5000);
                    }
                    reply->deleteLater();
                });
            } else {
                // broadcast replies return immediately
                reply->deleteLater();
            }
        } else {
            qDebug() << (tr("Write error: ")   My_client->errorString(), 5000);
        }
}

总结

下班了 后续增加写入数据的详细解释

关键词:qt,modbus,tcp,通讯