SpringBoot基于modbus4j实现Modbus/TCP通讯

1、Modbus/TCP

Modbus是MODICON公司与1979年开发的一种通讯协议，是一种工业现场总线协议标准。1996年施耐德公司推出了基于以太网TCP/IP的Modbus协议------ModbusTCP。

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，协议本身并没有定义物理层，只是定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管他们是经过何种网络进行通信的。

标准的Modbus协议物理层接口有RS232、RS422、RS485和以太网口。采用Master/Slave（主/从）方式通信。

协议基础

• 定义：Modbus/TCP 是基于 Modbus 协议和 TCP/IP 协议族的通信协议。它使工业自动化系统中的设备能够相互交换数据和进行通信。
• 工作原理：它将 Modbus 消息封装在 TCP 数据包中，并通过以太网网络进行传输。客户端设备向服务器设备发送请求消息，服务器设备则返回所请求的数据。

优点

• 兼容性广泛：它得到了众多工业设备和设备制造商的支持，便于将不同设备集成到一个统一的系统中。
• 高速高效：使用 TCP/IP 协议，能够实现高速数据传输，适用于需要实时数据处理的应用场景。
• 远距离传输：通过以太网网络可以进行长距离的数据传输，能够对分布式工业系统进行集中监控。
• 可靠性高：TCP/IP 协议提供了可靠的数据传输，确保数据在传输过程中的完整性和准确性。

2、modbus4j

com.infiniteautomation.modbus4j 是一个用于 Java 语言的开源 Modbus 通信库，借助它你能够在 Java 应用程序里方便地实现 Modbus 协议通信。下面从功能特性、使用场景等方面展开介绍：

功能特性

1. 支持多种 Modbus 协议类型：涵盖 Modbus TCP、Modbus RTU 以及 Modbus ASCII 等常见协议类型，可适配不同的 Modbus 设备与应用场景。
2. 读写操作丰富：支持各类 Modbus 读写操作，像读取线圈状态（Read Coils）、读取离散输入（Read Discrete Inputs）、读取保持寄存器（Read Holding Registers）、读取输入寄存器（Read Input Registers），还有写入单个线圈（Write Single Coil）、写入多个线圈（Write Multiple Coils）、写入单个寄存器（Write Single Register）和写入多个寄存器（Write Multiple Registers）等。
3. 错误处理与异常机制：提供了完备的错误处理和异常机制，能对通信过程中可能出现的错误和异常状况进行捕获与处理，增强了程序的稳定性与可靠性。
4. 线程安全：该库在设计上保证了线程安全，你可以在多线程环境下安全地使用它，满足并发通信的需求。

使用场景

• 工业自动化：在工业自动化系统里，借助该库能够实现 Java 应用程序与 Modbus 设备（如 PLC、传感器等）之间的通信，达成对设备的监控和控制。
• 数据采集：可以用它从 Modbus 设备中采集数据，例如温度、压力、流量等传感器数据，并将这些数据传输到上位机系统进行分析和处理。
• 设备控制：通过 Modbus 协议对工业设备进行控制，像控制电机的启停、调节阀门的开度等。

3、SpringBoot集成modbus4j

添加依赖

SpringBoot版本：

    org.springframework.boot
    spring-boot-starter-parent
    3.4.1
     

modbus4j依赖：

    com.infiniteautomation
    modbus4j
    3.1.0


    org.apache.commons
    commons-lang3
    3.12.0

初始化modbus配置

初始化ModbusMaster，配置host和port以及timeout。

ModbusFactory 是用于创建 主站（Master）和从站（Slave）实例的工厂类。借助这个类，能够依据不同的 Modbus 协议类型创建对应的通信对象，从而实现 Modbus 设备之间的通信。

在此，我们使用createTcpMaster(IpParameters params, boolean keepAlive)，用于创建 Modbus TCP 主站实例。host 是 Modbus TCP 服务器的主机名或 IP 地址，keepAlive 表示是否保持 TCP 连接的活跃状态。

import com.serotonin.modbus4j.ModbusFactory;
import com.serotonin.modbus4j.ModbusMaster;
import com.serotonin.modbus4j.ip.IpParameters;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configuration
public class ModbusConfig {
   
    @Value("${modbus.host:127.0.0.1}")
    private S