python pymodbus模块的具体使用

一、详解

pymodbus是一个基于python的开源库，用于实现Modbus通信协议。Modbus是一种广泛应用于工业自动化领域的串行通信协议，支持主从架构（客户端-服务器模型）。pymodbus库提供了完整的Modbus客户端（主站）和服务器（从站）功能，支qDHmHfKfv持多种传输方式，包括Modbus RTU（串行通信）和Modbus TCP（以太网通信）。

1、 基础概念

Modbus协议定义了一套标准的数据模型和通信规则：

• 数据模型：使用寄存器存储数据，分为：
  • 线圈（Coils）：1位读写寄存器，用于布尔值（如开关状态）。
  • 离散输入（Discrete Inputs）：1位只读寄存器。
  • 保持寄存器（Holding Registers）：16位读写寄存器，用于整数值（如传感器读数）。
  • 输入寄存器（Input Registers）：16位只读寄存器。
• 地址范围：每个寄存器类型有独立地址空间，范围从0到65535（即 0 ≤ address ≤ 65535 0 \leq \text{address} \leq 65535 0≤address≤65535）。
• 功能码：Modbus操作使用功能码（Function Code），例如：
  • 读线圈：功能码1。
  • 写单个寄存器：功能码6。
  • 完整列表可参考Modbus标准文档。

pymodmos库实现了这些概念，支持Python 3.6及以上版本，并兼容多种操作系统（Windows、linux、MACOS）。

2、核心功能

pymodbus提供模块化设计，主要组件包括：

• 客户端（Client）：作为主站发起请求，支持同步和异步模式。
  • 支持Modbus TCP和RTU传输。
  • 提供读写API，如read_coils、write_register。
• 服务器（Server）：作为从站响应请求，可模拟设备行为。
  • 支持数据存储上下文（如ModbusServerContext）。
  • 内置线程或异步事件处理。
• 协议处理：
  • 自动处理Modbus PDU（协议数据单元）格式。
  • 支持异常响应（如非法地址时返回错误码）。
• 扩展性：允许自定义数据处理器和传输层（如通过串口或Socket）。

关键优势：

• 轻量级：纯Python实现，无需外部依赖。
• 灵活：支持同步（pymodbus.client）和异步（pymodbus.async）编程。
• 兼容性：遵循Modbus标准，可与PLC、HMI等工业设备互操作。

3、安装与设置

安装pymodbus简单，通过piwww.chinasem.cnp命令即可：

pip install pymodbus

安装后，导入所需模块：

from pymodbus.client import ModbusTcpClient  # TCP客户端
from pymodbus.server import StartTcpServer    # TCP服务器
from pymodbus.datastore import ModbusSlaveContext, ModbusServerContext  # 数据存储

环境要求：

• Python 3.6+。
• 对于Modbus RTU，需物理串口或虚拟串口工具（如pyserial）。
• 测试工具推荐：使用Modbus模拟软件（如Modbus Poll）验证通信。

4、使用示例

以下示例展示常见场景，代码基于同步模式（异步模式类似，使用asyncio）。

示例1: Modbus TCP客户端（读取保持寄存器）
作为客户端，连接到服务器并读取数据。

from pymodbus.client import ModbusTcpClient

# 连接到服务器（假设IP: 127.0.0.1, 端口: 502）
client = ModbusTcpClient('127.0.0.1', port=502)
client.connect()

# 读取保持寄存器（地址0，数量2个寄存器）
result = client.read_holding_registers(address=0, count=2, unit=1)  js# unit为从站ID
if not result.isError():
    print("读取成功:", result.registers)  # 输出寄存器值列表，如[100, 200]
else:
    print("错误:", result)

client.close()  # 关闭连接

示例2: Modbus TCP服务器（模拟从站）
创建服务器并存储数据。

from pymodbus.server import StartTcpServer
from pymodbus.datastore import ModbusSlaveContext, ModbusServerContext
from pymodbus.datastore import ModbusSequentialDatablock

# 初始化数据存储：设置保持寄存器（地址0-9，初始值0）
store = ModbusSlaveContext(
    hr=ModbusSequentialDataBlock(0, [0]*10)  # hr表示保持寄存器
)
context = ModbusServerContext(slaves=store, single=True)  # single模式为单从站

# 启动服务器（端口502）
StartTcpServer(context=context, address=("0.0.0.0", 502))

示例3: Modbus RTU通信（使用串口）
适用于串行设备。

from pymodbus.client import ModbusSerialClient

# 配置串口（端口COM1, 波特率9600）
client = ModbusSerialClient(method='rtu', port='COM1', baudrate=9600)
client.connect()

# 写单个线圈（地址0，值True）
client.write_coil(address=0, value=Tpythonrue, unit=1)

client.close()

5、 高级特性

pymodbus支持更复杂场景：

• 异步模式：使用AsyncModbusTcpClient结合asyncio，提高并发性能。

  import asyncio
  from pymodbus.client import AsyncModbusTcpClient
  
  async def main():
      client = AsyncModbusTcpClient('127.0.0.1', port=502)
      await client.connect()
      result = await client.read_holding_registers(0, 2)
      print(result.registers)
      await client.close()
  
  asyncio.run(main())
  

• 自定义数据处理器：重写ModbusRequestHandler处理特定逻辑。
• 安全扩展：支持TLS加密（Modbus TCP）或自定义认证。
• 诊断工具：内置日志记录（import logging），便于调试通信问题。

性能优化建议：

• 使用连接池管理客户端实例。
• 批量读写减少请求次数（如read_holding_registers中count参数）。
• 在资源受限设备上，启用精简模式（禁用不必要功能）。

6、注意事项

• 错误处理：pymodbus可能抛出异常（如ModbusIOException），需捕获处理：

  try:
      result = client.read_coils(0, 1)
  except Exception as e:
      print("通信错误:", e)
  

• 协议限制：
  • Modbus RTU要求严格时序（如3.5字符间隔）。
  • 地址溢出：确保地址在有效范围（如超出65535会报错）。
• 常见问题：
  • 连接超时：检查网络或串口配置。
  • 数据不一致：验证字节序（pymodbus默认大端序）。
  • 性能瓶颈：在高频通信中，优先使用异步模式。
• 资源：
  • 官方文档：pymodbus github
  • 社区支持：通过GitHub Issues获取帮助。

二、代码示例

1、modbusTCP client

from time import sleep
from pymodbus.client import ModbusTcpClient



client = ModbusTcpClient('127.0.0.1')

client.connect()
while True:
    res = client.read_holding_registers(slave=1,address=0,count=10)

    print(res.registers)

    sleep(0.5)

2、modbusRTU client

from time import sleep
from pymodbus.client import ModbusSerialClient


client = ModbusSerialClient(method='rtu', port='COM1', baudrate=9600, timeout=1)
connection = client.connect()


while True:
    res = client.read_holding_registers(slave=1,address=0,count=10)

    print(res.registers)

    sleep(0.5)

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