一、Modbus 协议简介
Modbus 是一种串行通信协议，用于电子设备之间的通信。它是工业领域中常用的通信协议，可实现设备之间的数据交换。Modbus 有几种传输模式，常见的是 Modbus RTU（通过串口）和 Modbus TCP（通过以太网）。
二、PyModbus 简介
PyModbus 是一个用 Python 实现的 Modbus 协议库，支持 Modbus RTU、Modbus TCP 等多种模式，方便开发者在 Python 环境中进行 Modbus 通信开发。
三、安装 PyModbus
使用 pip 可以轻松安装 PyModbus：
pip install pymodbus
四、入门：基本的 Modbus TCP 通信示例
- Modbus TCP 服务器示例
以下是一个简单的 Modbus TCP 服务器示例，它模拟了一个 Modbus 设备，存储了一些保持寄存器的值：
from pymodbus.server.sync import StartTcpServer
from pymodbus.datastore import ModbusSequentialDataBlock
from pymodbus.datastore import ModbusSlaveContext, ModbusServerContext
def run_modbus_server():
初始化数据块，这里模拟了 100 个保持寄存器，初始值都为 0
store = ModbusSlaveContext(
di=ModbusSequentialDataBlock(0, 0*100),
co=ModbusSequentialDataBlock(0, 0*100),
hr=ModbusSequentialDataBlock(0, 0*100),
ir=ModbusSequentialDataBlock(0, 0*100))
context = ModbusServerContext(slaves=store, single=True)
启动 Modbus TCP 服务器，监听本地的 5020 端口
StartTcpServer(context, address=("localhost", 5020))
if name == "main":
run_modbus_server()
代码解释：
● ModbusSequentialDataBlock 用于创建一个连续的数据块，这里分别为离散输入（ di ）、线圈（ co ）、保持寄存器（ hr ）和输入寄存器（ ir ）创建了初始值都为 0 的数据块。
● ModbusSlaveContext 表示从站的上下文，包含了各种寄存器的数据块。
● ModbusServerContext 表示服务器的上下文，管理从站的上下文。
● StartTcpServer 用于启动 Modbus TCP 服务器。
- Modbus TCP 客户端示例
以下是一个简单的 Modbus TCP 客户端示例，用于读取服务器的保持寄存器的值：
from pymodbus.client.sync import ModbusTcpClient
def run_modbus_client():
创建 Modbus TCP 客户端，连接到本地的 5020 端口
client = ModbusTcpClient('localhost', port=5020)
连接到服务器
if client.connect():
读取从地址 0 开始的 10 个保持寄存器的值
result = client.read_holding_registers(address=0, count=10, unit=1)
if not result.isError():
print("读取到的保持寄存器的值:", result.registers)
else:
print("读取失败:", result)
else:
print("无法连接到服务器")
关闭连接
client.close()
if name == "main":
run_modbus_client()
代码解释：
● ModbusTcpClient 用于创建一个 Modbus TCP 客户端。
● client.connect() 用于连接到 Modbus 服务器。
● client.read_holding_registers 用于读取保持寄存器的值， address 表示起始地址， count 表示要读取的寄存器数量， unit 表示从站地址。
● result.isError() 用于检查读取是否成功。
● client.close() 用于关闭客户端连接。
五、进阶：写入寄存器值
- 写入单个保持寄存器
from pymodbus.client.sync import ModbusTcpClient
def write_single_register():
client = ModbusTcpClient('localhost', port=5020)
if client.connect():
向地址为 0 的保持寄存器写入值 100
result = client.write_single_register(address=0, value=100, unit=1)
if not result.isError():
print("写入成功")
else:
print("写入失败:", result)
client.close()
else:
print("无法连接到服务器")
if name == "main":
write_single_register()
- 写入多个保持寄存器
from pymodbus.client.sync import ModbusTcpClient
def write_multiple_registers():
client = ModbusTcpClient('localhost', port=5020)
if client.connect():
向从地址 0 开始的保持寄存器写入值 1, 2, 3, 4, 5
values = 1, 2, 3, 4, 5
result = client.write_multiple_registers(address=0, values=values, unit=1)
if not result.isError():
print("写入成功")
else:
print("写入失败:", result)
client.close()
else:
print("无法连接到服务器")
if name == "main":
write_multiple_registers()
六、Modbus RTU 通信
- Modbus RTU 服务器示例
from pymodbus.server.sync import StartSerialServer
from pymodbus.datastore import ModbusSequentialDataBlock
from pymodbus.datastore import ModbusSlaveContext, ModbusServerContext
def run_modbus_rtu_server():
store = ModbusSlaveContext(
di=ModbusSequentialDataBlock(0, 0*100),
co=ModbusSequentialDataBlock(0, 0*100),
hr=ModbusSequentialDataBlock(0, 0*100),
ir=ModbusSequentialDataBlock(0, 0*100))
context = ModbusServerContext(slaves=store, single=True)
启动 Modbus RTU 服务器，使用串口 COM1（Windows）或 /dev/ttyUSB0（Linux）
StartSerialServer(context, method='rtu', port='COM1', baudrate=9600)
if name == "main":
run_modbus_rtu_server()
- Modbus RTU 客户端示例
from pymodbus.client.sync import ModbusSerialClient
def run_modbus_rtu_client():
client = ModbusSerialClient(method='rtu', port='COM1', baudrate=9600)
if client.connect():
result = client.read_holding_registers(address=0, count=10, unit=1)
if not result.isError():
print("读取到的保持寄存器的值:", result.registers)
else:
print("读取失败:", result)
client.close()
else:
print("无法连接到服务器")
if name == "main":
run_modbus_rtu_client()
七、精通：异常处理和日志记录
- 异常处理
在实际应用中，需要对各种异常情况进行处理，例如连接失败、读取或写入错误等。以下是一个带有异常处理的客户端示例：
from pymodbus.client.sync import ModbusTcpClient
from pymodbus.exceptions import ConnectionException
def run_modbus_client_with_error_handling():
client = ModbusTcpClient('localhost', port=5020)
try:
if client.connect():
result = client.read_holding_registers(address=0, count=10, unit=1)
if not result.isError():
print("读取到的保持寄存器的值:", result.registers)
else:
print("读取失败:", result)
else:
print("无法连接到服务器")
except ConnectionException as e:
print("连接异常:", e)
finally:
client.close()
if name == "main":
run_modbus_client_with_error_handling()
- 日志记录
PyModbus 支持日志记录，可以方便地调试和监控程序的运行情况。以下是一个启用日志记录的示例：
import logging
from pymodbus.client.sync import ModbusTcpClient
配置日志记录
logging.basicConfig()
log = logging.getLogger()
log.setLevel(logging.DEBUG)
def run_modbus_client_with_logging():
client = ModbusTcpClient('localhost', port=5020)
if client.connect():
result = client.read_holding_registers(address=0, count=10, unit=1)
if not result.isError():
print("读取到的保持寄存器的值:", result.registers)
else:
print("读取失败:", result)
client.close()
else:
print("无法连接到服务器")
if name == "main":
run_modbus_client_with_logging()
通过以上步骤，你可以从入门到精通掌握 PyModbus 的使用，实现 Modbus 通信的各种功能。在实际应用中，还可以根据具体需求进行更复杂的开发，例如与数据库结合、实现多线程通信等。