Python中pymodbus模块详细讲解
作者:我是一只小青蛙888
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,这篇文章主要介绍了Python中pymodbus模块的相关资料,需要的朋友可以参考下
好的,我们来详细讲解一下 Python 的 pymodbus 模块。
概述
pymodbus 是一个用纯 Python 实现的 Modbus 协议栈。Modbus 是一种广泛应用于工业自动化领域的串行通信协议,常用于连接 PLC(可编程逻辑控制器)、传感器、仪表等设备。pymodbus 支持 Modbus TCP(基于 TCP/IP)和 Modbus RTU/ASCII(基于串行线路,如 RS-232/RS-485)两种主要传输方式。
核心功能与概念
协议类型:
- Modbus TCP: 使用 TCP/IP 协议进行通信,端口号通常为 502。
- Modbus RTU: 使用串行通信(RS-232/485),数据以二进制形式传输。
- Modbus ASCII: 使用串行通信,数据以 ASCII 字符形式传输(较少见)。
角色:
- Client (主站/Master): 发起请求的设备。通常由上位机(如运行 Python 程序的 PC)充当。
- Server (从站/Slave): 响应请求的设备。通常是 PLC、传感器等现场设备。
pymodbus也可以用来模拟从站设备。
数据模型 (寄存器类型):
- 线圈 (Coils): 1 位,可读写。通常表示开关量输出状态(如继电器开/关)。
- 离散输入 (Discrete Inputs): 1 位,只读。通常表示开关量输入状态(如按钮按下/松开)。
- 保持寄存器 (Holding Registers): 16 位,可读写。通常存储设备参数、设定值等。
- 输入寄存器 (Input Registers): 16 位,只读。通常存储设备采集的实时数据(如温度、压力)。
常用功能码:
01 (0x01): 读取线圈状态。02 (0x02): 读取离散输入状态。03 (0x03): 读取保持寄存器。04 (0x04): 读取输入寄存器。05 (0x05): 写单个线圈。06 (0x06): 写单个保持寄存器。15 (0x0F): 写多个线圈。16 (0x10): 写多个保持寄存器。
安装
pip install pymodbus
使用示例
作为客户端 (Client) - 读取数据
Modbus TCP 示例 (同步)
from pymodbus.client import ModbusTcpClient
# 连接到 Modbus TCP 服务器 (假设地址为 192.168.1.100, 端口 502)
client = ModbusTcpClient('192.168.1.100', port=502)
connection = client.connect() # 建立连接
if connection:
try:
# 读取从站地址为 1 的设备上的保持寄存器 (功能码 03)
# 起始地址 = 0, 读取数量 = 5 个寄存器
response = client.read_holding_registers(address=0, count=5, slave=1)
if not response.isError():
# 获取寄存器值列表 (每个寄存器是 16 位无符号整数)
registers = response.registers
print(f"读取到的寄存器值: {registers}")
else:
print(f"读取错误: {response}")
finally:
client.close() # 关闭连接
else:
print("无法连接到 Modbus 服务器")
Modbus RTU 示例 (同步)
from pymodbus.client import ModbusSerialClient
# 连接到串口设备 (例如 COM3, 波特率 9600, 8N1)
# method='rtu' 表示使用 RTU 模式
client = ModbusSerialClient(
port='COM3',
baudrate=9600,
bytesize=8,
parity='N',
stopbits=1,
method='rtu'
)
connection = client.connect()
if connection:
try:
# 读取从站地址为 1 的设备上的输入寄存器 (功能码 04)
# 起始地址 = 100, 读取数量 = 3 个寄存器
response = client.read_input_registers(address=100, count=3, slave=1)
if not response.isError():
registers = response.registers
print(f"读取到的输入寄存器值: {registers}")
else:
print(f"读取错误: {response}")
finally:
client.close()
作为服务器 (Server) - 提供数据
Modbus TCP 服务器示例
from pymodbus.server import StartTcpServer
from pymodbus.datastore import ModbusSequentialDataBlock
from pymodbus.datastore import ModbusSlaveContext, ModbusServerContext
# 定义数据存储
# 初始化各个数据区域 (起始地址, 初始值列表)
coils = ModbusSequentialDataBlock(0, [False] * 100) # 100 个线圈,初始为 False
discrete_inputs = ModbusSequentialDataBlock(0, [True] * 100) # 100 个离散输入,初始为 True
holding_registers = ModbusSequentialDataBlock(0, [0] * 100) # 100 个保持寄存器,初始为 0
input_registers = ModbusSequentialDataBlock(0, [0] * 100) # 100 个输入寄存器,初始为 0
# 创建从站上下文 (Slave Context),关联数据块
slave_context = ModbusSlaveContext(
di=discrete_inputs, # 离散输入
co=coils, # 线圈
hr=holding_registers, # 保持寄存器
ir=input_registers, # 输入寄存器
)
# 创建服务器上下文 (Server Context),可以包含多个从站 (这里只定义了一个从站,地址为 1)
context = ModbusServerContext(slaves={1: slave_context}, single=False)
# 启动 TCP 服务器,监听所有接口 (0.0.0.0) 的 502 端口
StartTcpServer(context=context, address=("0.0.0.0", 502))
高级特性
- 异步客户端: 使用
AsyncModbusTcpClient或AsyncModbusSerialClient,配合asyncio库进行异步编程,提高并发性能。 - 数据解析: 寄存器通常存储 16 位数据。对于 32 位浮点数、64 位整数等,需要将多个寄存器组合起来并按特定字节序解析。
pymodbus提供了payload模块中的工具(如BinaryPayloadBuilder,BinaryPayloadDecoder)来帮助处理这些复杂数据类型。 - 自定义数据存储: 可以继承
ModbusSparseDataBlock或实现自己的存储类,用于更灵活地管理数据。 - 回调: 服务器端可以设置回调函数,在数据被读取或写入时执行自定义逻辑。
注意事项
- 地址偏移: Modbus 协议中的寄存器地址通常从 0 开始。但有些设备手册或软件习惯使用从 1 开始的地址(如 40001 代表保持寄存器地址 0)。使用
pymodbus时,传入的address参数通常是基于 0 的索引。务必查阅设备文档确认地址映射规则。 - 字节序 (Endianness): 处理多寄存器数据(如浮点数)时,必须了解设备使用的字节序(大端序 Big-Endian / 小端序 Little-Endian)和字序(高低字顺序)。
- 超时: 在创建客户端时设置合理的
timeout参数,避免网络或设备响应慢导致程序长时间阻塞。 - 错误处理: 始终检查
response.isError()并处理可能的异常(如超时、连接失败、Modbus 异常响应)。 - 资源释放: 使用
try...finally确保连接 (client.close()) 或服务器 (StopTcpServer()/StopSerialServer()) 被正确关闭。
总结
pymodbus 是一个功能强大且灵活的 Python Modbus 库,适用于开发需要与工业设备通信的应用程序。通过理解 Modbus 协议基础、数据模型和 pymodbus 提供的接口,开发者可以高效地实现主站(数据采集、控制)或从站(模拟设备、数据提供)功能。务必参考官方文档和示例代码以获取更详细的信息:https://pymodbus.readthedocs.io/。
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