创建 Java Modbus TCP 服务器端的指南

在工业自动化和通信协议中，Modbus 是非常流行的协议之一，特别是 Modbus TCP。作为一名刚入行的小白，创建一个 Modbus TCP 服务端包括几个关键步骤。我将首先为你提供一个流程图，并逐步解释每个步骤所需的代码和实现方法。

流程图

以下是创建 Java Modbus TCP 服务器的基本流程图，我们将按照此流程进行：

flowchart TD
    A[开始] --> B[导入必要的库]
    B --> C[创建 Modbus 服务器实例]
    C --> D[定义处理请求的逻辑]
    D --> E[启动服务器]
    E --> F[处理客户端请求]
    F --> G[停止服务器]
    G --> H[结束]

步骤详解

接下来，我们将逐步详解每一步，并提供对应的代码示例。

1. 导入必要的库

在开始之前，我们需要添加 jamod 或 modbus4j 库，这是用来实现 Modbus 通信的。你可以使用 Maven 或 Gradle 来添加依赖。

Maven 示例：

<dependency>
    <groupId>net.wimpi.modbus</groupId>
    <artifactId>modbus4j</artifactId>
    <version>3.0.7</version>
</dependency>

2. 创建 Modbus 服务器实例

在这个步骤中，我们需要创建一个 Modbus 服务器的基本实例。

import net.wimpi.modbus.Modbus;
import net.wimpi.modbus.net.ModbusTCPServer;
import net.wimpi.modbus.procimg.DefaultProcessImage;
import net.wimpi.modbus.procimg.ProcessImage;

public class ModbusServer {
    private ModbusTCPServer server;
    private ProcessImage processImage;

    public void startServer() {
        // 创建过程映像以及填充数据
        processImage = new DefaultProcessImage(1); // 设备ID为 1
        server = new ModbusTCPServer(processImage);
    }
}

上面的代码段中，DefaultProcessImage 类用于创建一个过程映像，过程映像保存了你的寄存器、线圈等信息。

3. 定义处理请求的逻辑

现在我们需要为 Modbus 请求处理增加逻辑。这里我们可以添加只读寄存器数据。

import net.wimpi.modbus.procimg.InputRegister;

public void configureProcessImage() {
    processImage.addInputRegister(0, new InputRegister(1234)); // 寄存器地址0的值为1234
}

通过创建输入寄存器并指定地址，我们可以让客户端进行读取。

4. 启动服务器

在这个步骤我们将启动服务器，并设置监听端口。

public void startServer() {
    try {
        server.setPort(502); // Modbus TCP 默认端口
        server.start();
        System.out.println("Modbus TCP Server Started on port 502.");
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

这段代码将服务器设置为在标准 Modbus TCP 端口上监听。

5. 处理客户端请求

服务器在不断运行的同时，会处理来自客户端的请求。

public static void main(String[] args) {
    ModbusServer modbusServer = new ModbusServer();
    modbusServer.startServer();
    modbusServer.configureProcessImage();

    // 运行一段时间后停止服务器
    try {
        Thread.sleep(60000); // 运行60秒
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        modbusServer.server.stop();
        System.out.println("Server stopped.");
    }
}

这段代码会启动服务器并睡眠 60 秒，然后停止服务器。

6. 停止服务器

在 finally 语句块中，我们通过调用 server.stop() 方法停止服务器。

类图

以下是主要类的类图，展示了 ModbusServer 的基本结构：

classDiagram
    class ModbusServer {
        +startServer()
        +configureProcessImage()
    }

结尾

现在，你已经学习了如何创建一个基础的 Java Modbus TCP 服务端。我们从导入必要的库开始，逐步构建服务器实例，并实现了如何处理 Modbus 请求。通过上述代码，你可以在本地测试 Modbus TCP 功能。

这个示例是一个良好的起点，后续你可以根据需求扩展这个服务器的功能，比如添加更多的寄存器、处理不同类型的请求等。希望你在 Java 编程与工控领域的探索之旅中不断进步！