在工业物联网（IIoT）和自动化应用中，Modbus协议常用于设备间的数据传输。如果我们需要通过Java提供Modbus服务，让其他Modbus客户端可以通过Modbus协议来采集数据，就需要使用Modbus服务器的功能。本文将介绍如何使用Java构建Modbus服务器，并提供一个实用示例，展示如何将数据提供给Modbus客户端来采集。
1. 使用j2mod库构建Modbus服务器
j2mod 是一个广泛使用的Java开源库，支持Modbus TCP和RTU的客户端和服务器通信。我们可以使用它来快速搭建一个Modbus TCP服务器，向其他客户端提供数据。
环境准备
在项目的 pom.xml 中添加 j2mod 依赖：
<dependency>
<groupId>com.ghgande</groupId>
<artifactId>j2mod</artifactId>
<version>2.5.3</version>
</dependency>2. 基本实现思路
在Java中搭建一个Modbus服务器的步骤如下：
1. 设置数据模型：定义Modbus服务器提供的寄存器和数据信息，如保持寄存器或输入寄存器。
2. 创建Modbus服务器实例：使用ModbusTCPListener创建一个服务器监听器，绑定服务器的IP和端口。
3. 初始化寄存器：将要提供的数据加载到Modbus服务器的寄存器中。
4. 启动服务器：监听端口，等待客户端连接请求，并响应读取数据请求。
3. 示例代码
以下代码实现了一个简单的Modbus TCP服务器示例，并在保持寄存器中提供数据供其他Modbus客户端读取。
import com.ghgande.j2mod.modbus.Modbus;
import com.ghgande.j2mod.modbus.ModbusCoupler;
import com.ghgande.j2mod.modbus.procimg.SimpleRegister;
import com.ghgande.j2mod.modbus.procimg.SimpleProcessImage;
import com.ghgande.j2mod.modbus.procimg.InputRegister;
import com.ghgande.j2mod.modbus.procimg.Register;
import com.ghgande.j2mod.modbus.net.ModbusTCPListener;
import com.ghgande.j2mod.modbus.util.ThreadPool;
public class ModbusTCPServer {
public static void main(String[] args) {
int port = Modbus.DEFAULT_PORT; // 默认Modbus TCP端口502
int poolSize = 10; // 线程池大小
try {
// 创建Modbus TCP服务器监听器
ModbusTCPListener listener = new ModbusTCPListener(poolSize);
listener.setPort(port);
// 定义数据模型
SimpleProcessImage spi = new SimpleProcessImage();
// 创建和初始化保持寄存器数据
Register[] holdingRegisters = new Register[10];
for (int i = 0; i < holdingRegisters.length; i++) {
holdingRegisters[i] = new SimpleRegister(i * 10); // 例子：设置初始值为10的倍数
}
spi.setHoldingRegisters(holdingRegisters);
// 设置输入寄存器数据，供客户端读取
InputRegister[] inputRegisters = new InputRegister[5];
for (int i = 0; i < inputRegisters.length; i++) {
inputRegisters[i] = new SimpleRegister(i * 5); // 例子：初始值为5的倍数
}
spi.setInputRegisters(inputRegisters);
// 将数据模型加载到Modbus服务器
ModbusCoupler.getReference().setProcessImage(spi);
ModbusCoupler.getReference().setMaster(false); // 设置为服务器模式
// 启动Modbus TCP监听
listener.start();
System.out.println("Modbus TCP Server is running on port " + port);
} catch (Exception e) {
System.err.println("Error starting Modbus TCP Server: " + e.getMessage());
}
}
}4. 代码解析
- 定义数据模型（Process Image）：SimpleProcessImage类定义了Modbus服务器的数据模型。通过setHoldingRegisters() 和 setInputRegisters()方法设置保持寄存器和输入寄存器的数据。
- 初始化寄存器：保持寄存器和输入寄存器分别存储不同的数据类型，可以按照需求自定义其初始值。在示例中，保持寄存器和输入寄存器的数据分别是10和5的倍数。客户端可以通过寄存器地址来访问这些数据。
- 启动监听器：ModbusTCPListener实例监听指定端口，默认端口为502（Modbus TCP标准端口）。启动监听器后，服务器会在指定端口等待Modbus客户端的连接和请求。
- 处理多线程请求：通过设置 poolSize 参数，Modbus服务器可以处理多线程请求，适合多客户端访问的场景。
5. 测试Modbus服务器
可以使用常用的Modbus测试工具（如Modbus Poll）或其他Modbus客户端程序来测试Java Modbus服务器。客户端可以通过指定服务器的IP和端口来访问设置的保持寄存器和输入寄存器，从而验证数据是否能够正常读取。
6. 常见问题和注意事项
1. 端口权限：由于502端口是低端口，可能需要管理员权限才能监听。可以更改为高端口（如1502）以避免权限问题。
2. 并发访问：j2mod支持线程池配置，但在高并发场景下应确保资源不被锁定或阻塞。
3. 数据更新：如果需要实时更新寄存器数据，可以通过定时任务或消息队列等方式动态更新SimpleProcessImage中的数据，确保客户端访问的数据是最新的。
4. 错误处理：注意捕获网络异常和Modbus通信异常，确保服务器稳定运行。
5. 性能优化：在大量寄存器数据或高频访问的场景中，可以优化服务器资源配置，如增加线程池大小或优化数据加载逻辑。
7. 总结
本文介绍了如何使用Java通过Modbus TCP协议构建Modbus服务器，使其他Modbus客户端可以通过寄存器地址访问和采集数据。使用j2mod库可以帮助开发者快速搭建一个简单、稳定的Modbus服务器。
