python - Python Modbus库

我必须使用串行接口(interface)控制Modbus设备。我没有使用modbus的经验。但是我的简短研究发现了几个Modbus库

优点/缺点是什么，还有更好的替代方法吗？

最佳答案

大约在同一时间，我遇到了同样的问题-为python modbus master实现选择哪个库，但对于串行通信(modbus RTU)，则我的观察仅对modbus RTU有效。
在我的考试中，我并没有过多地关注文档，但是串行RTU主站的示例最容易找到用于modbus-tk的示例，但仍在维基百科等源代码中。
长话短说:
最小Modbus:

优点:

轻量级模块

读取约10个寄存器的应用程序可以接受

性能

缺点:

(对于我的应用程序而言)

令人无法接受(对于我的应用程序)读取〜64个寄存器时速度慢

CPU负载相对较高

pymodbus:
特色:依靠串行流(post by the author)并且必须动态设置串行超时，否则性能会很低(必须调整串行超时以获得尽可能长的响应)

优点:

CPU负载低

可接受的性能

缺点:

即使动态设置了超时，

的性能也比modbus-tk低2倍；如果将超时保留为恒定值，性能会更差(但查询时间是恒定的)

对硬件敏感(由于我认为是依赖于串行缓冲区的处理流的结果)，或者事务可能存在内部问题:如果每秒执行不同的读取或读取/写入操作约20次，则可能会混淆响应更多的。较长的超时有助于但并非总是使串行线路上的pymodbus RTU实现不足以在生产中使用。

添加对动态串行端口超时设置的支持需要其他编程:继承基本同步客户端类并实现套接字超时修改方法

响应验证不如modbus-tk中详细说明。例如，在总线衰减的情况下，仅引发异常，而在相同情况下，modbus-tk返回错误的从站地址或CRC错误，这有助于识别问题的根本原因(这可能是超时时间太短，错误的总线终止/缺少总线错误或 float 地面等)

modbus-tk:
独特的功能:探测串行缓冲区中的数据，快速组装并返回响应。

优点

最佳表现；带有动态超时

的pymodbus约2倍的速度

缺点:

约。与pymodbus相比，CPU负载高出4倍//可以大大提高这一点；参见末尾的EDIT部分。

对于较大请求的CPU负载增加//可以大大改善，使这一点无效；参见结尾处的“编辑”部分。

代码不如pymodbus

优雅

超过6个月的时间，我一直在使用pymodbus，因为它具有最佳的性能/CPU负载比，但是在更高的请求速率下，不可靠的响应成为一个严重的问题，最终我转向了更快的嵌入式系统，并添加了对我最合适的modbus-tk的支持。
对于那些对细节感兴趣的人
我的目标是达到最短的响应时间。
设置:

波特率:153600

与实现modbus从站的微 Controller 的16MHz时钟同步)

我的rs-485总线只有50m

FTDI FT232R转换器以及TCP桥串行(在RFC2217模式下使用com4com作为桥)

USB到串行转换器的最低超时和为串行端口配置的缓冲区大小(以降低延迟)时的

auto-tx rs-485适配器(总线处于显性状态)

用例场景:

每秒轮询5、8或10次，并支持

之间的异步访问

请求读取/写入10到70个寄存器

典型的长期(周)表现:

MinimalModbus:初始测试

后删除

pymodbus:〜30ms读取64个寄存器；有效地高达30个请求/秒

，但响应不可靠(如果来自多个线程的同步访问)

可能在github上有一个线程安全的fork，但是它在master后面，我还没有尝试过(https://github.com/xvart/pymodbus/network)

modbus-tk:〜16ms读取64个寄存器；对于较小的请求，有效地高达70-80个请求/秒

基准
代码:

import time
import traceback
import serial
import modbus_tk.defines as tkCst
import modbus_tk.modbus_rtu as tkRtu

import minimalmodbus as mmRtu

from pymodbus.client.sync import ModbusSerialClient as pyRtu

slavesArr = [2]
iterSp = 100
regsSp = 10
portNbr = 21
portName = 'com22'
baudrate = 153600

timeoutSp=0.018 + regsSp*0
print "timeout: %s [s]" % timeoutSp


mmc=mmRtu.Instrument(portName, 2)  # port name, slave address
mmc.serial.baudrate=baudrate
mmc.serial.timeout=timeoutSp

tb = None
errCnt = 0
startTs = time.time()
for i in range(iterSp):
  for slaveId in slavesArr:
    mmc.address = slaveId
    try:
        mmc.read_registers(0,regsSp)
    except:
        tb = traceback.format_exc()
        errCnt += 1
stopTs = time.time()
timeDiff = stopTs  - startTs

mmc.serial.close()

print mmc.serial

print "mimalmodbus:\ttime to read %s x %s (x %s regs): %.3f [s] / %.3f [s/req]" % (len(slavesArr),iterSp, regsSp, timeDiff, timeDiff/iterSp)
if errCnt >0:
    print "   !mimalmodbus:\terrCnt: %s; last tb: %s" % (errCnt, tb)



pymc = pyRtu(method='rtu', port=portNbr, baudrate=baudrate, timeout=timeoutSp)

errCnt = 0
startTs = time.time()
for i in range(iterSp):
  for slaveId in slavesArr:
    try:
        pymc.read_holding_registers(0,regsSp,unit=slaveId)
    except:
        errCnt += 1
        tb = traceback.format_exc()
stopTs = time.time()
timeDiff = stopTs  - startTs
print "pymodbus:\ttime to read %s x %s (x %s regs): %.3f [s] / %.3f [s/req]" % (len(slavesArr),iterSp, regsSp, timeDiff, timeDiff/iterSp)
if errCnt >0:
    print "   !pymodbus:\terrCnt: %s; last tb: %s" % (errCnt, tb)
pymc.close()


tkmc = tkRtu.RtuMaster(serial.Serial(port=portNbr, baudrate=baudrate))
tkmc.set_timeout(timeoutSp)

errCnt = 0
startTs = time.time()
for i in range(iterSp):
  for slaveId in slavesArr:
    try:
        tkmc.execute(slaveId, tkCst.READ_HOLDING_REGISTERS, 0,regsSp)
    except:
        errCnt += 1
        tb = traceback.format_exc()
stopTs = time.time()
timeDiff = stopTs  - startTs
print "modbus-tk:\ttime to read %s x %s (x %s regs): %.3f [s] / %.3f [s/req]" % (len(slavesArr),iterSp, regsSp, timeDiff, timeDiff/iterSp)
if errCnt >0:
    print "   !modbus-tk:\terrCnt: %s; last tb: %s" % (errCnt, tb)
tkmc.close()

结果:

platform:
P8700 @2.53GHz
WinXP sp3 32bit
Python 2.7.1
FTDI FT232R series 1220-0
FTDI driver 2.08.26 (watch out for possible issues with 2.08.30 version on Windows)
pymodbus version 1.2.0
MinimalModbus version 0.4
modbus-tk version 0.4.2

读取100 x 64寄存器:
没有节电

timeout: 0.05 [s]
Serial<id=0xd57330, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.05, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 64 regs): 9.135 [s] / 0.091 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 64 regs): 6.151 [s] / 0.062 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 64 regs): 2.280 [s] / 0.023 [s/req]

timeout: 0.03 [s]
Serial<id=0xd57330, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.03, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 64 regs): 7.292 [s] / 0.073 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 64 regs): 3.170 [s] / 0.032 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 64 regs): 2.342 [s] / 0.023 [s/req]


timeout: 0.018 [s]
Serial<id=0xd57330, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.018, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 64 regs): 4.481 - 7.198 [s] / 0.045 - 0.072 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 64 regs): 3.045 [s] / 0.030 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 64 regs): 2.342 [s] / 0.023 [s/req]

最大程度的省电

timeout: 0.05 [s]
Serial<id=0xd57330, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.05, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 64 regs): 10.289 [s] / 0.103 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 64 regs):  6.074 [s] / 0.061 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 64 regs):  2.358 [s] / 0.024 [s/req]

timeout: 0.03 [s]
Serial<id=0xd57330, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.03, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 64 regs): 8.166 [s] / 0.082 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 64 regs): 4.138 [s] / 0.041 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 64 regs): 2.327 [s] / 0.023 [s/req]

timeout: 0.018 [s]
Serial<id=0xd57330, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.018, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 64 regs): 7.776 [s] / 0.078 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 64 regs): 3.169 [s] / 0.032 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 64 regs): 2.342 [s] / 0.023 [s/req]

读取100 x 10寄存器:
没有节电

timeout: 0.05 [s]
Serial<id=0xd56350, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.05, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 10 regs): 6.246 [s] / 0.062 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 10 regs): 6.199 [s] / 0.062 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 10 regs): 1.577 [s] / 0.016 [s/req]

timeout: 0.03 [s]
Serial<id=0xd56350, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.03, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.088 [s] / 0.031 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.143 [s] / 0.031 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 10 regs): 1.533 [s] / 0.015 [s/req]

timeout: 0.018 [s]
Serial<id=0xd56350, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.018, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.066 [s] / 0.031 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.006 [s] / 0.030 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 10 regs): 1.533 [s] / 0.015 [s/req]

最大程度的省电

timeout: 0.05 [s]
Serial<id=0xd56350, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.05, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 10 regs): 6.386 [s] / 0.064 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 10 regs): 5.934 [s] / 0.059 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 10 regs): 1.499 [s] / 0.015 [s/req]

timeout: 0.03 [s]
Serial<id=0xd56350, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.03, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.139 [s] / 0.031 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.170 [s] / 0.032 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 10 regs): 1.562 [s] / 0.016 [s/req]

timeout: 0.018 [s]
Serial<id=0xd56350, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.018, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.123 [s] / 0.031 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.060 [s] / 0.031 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 10 regs): 1.561 [s] / 0.016 [s/req]

实际应用:
modbus-rpc网桥的加载示例(约3％由RPC服务器部分引起)

5 x 64寄存器，每秒同步读取，同时进行

异步访问，串行端口超时设置为0.018 s

modbus-tk

10条:{'currentCpuUsage':20.6，'requestsPerSec':73.2}//可以改进;请参见

下的EDIT部分

64 regs:{'currentCpuUsage':31.2，'requestsPerSec':41.91}//可以改进；请参见

下的EDIT部分

pymodbus:

10条:{'currentCpuUsage':5.0，'requestsPerSec':36.88}

64条:{'currentCpuUsage':5.0，'requestsPerSec':34.29}

编辑:可以轻松改进modbus-tk库以减少CPU使用率。
在原始版本中，在发送请求并经过T3.5睡眠传递后，主控器一次汇编响应一个字节。分析证明，大多数时间都花在串行端口访问上。通过尝试从串行缓冲区读取期望的数据长度，可以改善此问题。根据pySerial documentation的说法，如果设置了超时，它应该是安全的(在缺少响应或时间太短时不会挂断):

read(size=1)
Parameters: size – Number of bytes to read.
Returns:    Bytes read from the port.
Read size bytes from the serial port. If a timeout is set it may return less characters as
requested. With no timeout it will block until the requested number of bytes is read.

通过以下方式修改`modbus_rtu.py'之后:

def _recv(self, expected_length=-1):
     """Receive the response from the slave"""
     response = ""
     read_bytes = "dummy"
     iterCnt = 0
     while read_bytes:
         if iterCnt == 0:
             read_bytes = self._serial.read(expected_length)  # reduces CPU load for longer frames; serial port timeout is used anyway
         else:
             read_bytes = self._serial.read(1)
         response += read_bytes
         if len(response) >= expected_length >= 0:
             #if the expected number of byte is received consider that the response is done
             #improve performance by avoiding end-of-response detection by timeout
             break
         iterCnt += 1

修改modbus-tk之后，实际应用程序中的CPU负载显着下降，而不会显着降低性能(仍然优于pymodbus):
更新了modbus-rpc网桥的加载示例(〜3％由RPC服务器部分引起)