Python modbus库

Question

我必须用串行接口控制modbus设备.我没有使用modbus的经验.但我的简短研究揭示了几个modbus库

• pymodbus
• MinimalModbus
• MODBUS-TK
• uModbus

有哪些优点/缺点,还有更好的选择吗？

Answer 1

大约在同一时间我遇到了同样的问题 - 哪个库选择用于python modbus主站实现,但在我的情况下用于串行通信(modbus RTU),因此我的观察仅对modbus RTU有效.

在我的考试中,我并没有过多关注文档,但是串行RTU大师的例子最容易找到modbus-tk但是仍然在源代码中没有在维基等.

长话短说:

MinimalModbus:

• 优点:
  • 轻量级模块
  • 读取~10个寄存器的应用程序可以接受性能
• 缺点:
  • 阅读~64个寄存器时,(对于我的应用程序)来说,这是不可接受的
  • CPU负载相对较高

pymodbus:

显着特征:依赖串行流(作者发布)和串行超时必须动态设置否则性能会很低(必须调整串行超时以获得最长的响应)

• 优点:
  • CPU负载低
  • 可接受的表现
• 缺点:
  • 即使动态设置超时,性能也比modbus-tk低2倍; 如果超时保持在一个恒定值,性能会更差(但查询时间是恒定的)
  • 对硬件敏感(由于我认为依赖于来自串行缓冲区的处理流)或者事务可能存在内部问题:如果执行不同的读取或读取/写入〜每秒20次或更多,则可以使响应混乱.更长的超时有助于但不总是通过串行线路实现pymodbus RTU的实施,这对于生产中使用来说还不够强大.
  • 添加对动态串行端口超时设置的支持需要额外的编程:继承基本同步客户端类并实现套接字超时修改方法
  • 响应验证不像modbus-tk那样详细.例如,在总线衰减的情况下,仅抛出异常,而modbus-tk在相同的情况下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(可能是太短的超时,错误的总线终止/缺少或浮地等)

MODBUS-TK:

显着特征:探测数据的串行缓冲区,快速组装和返回响应.

• 利弊
  • 最棒的表演; 比动态超时的pymodbus快〜2倍
• 缺点:
  • 约.与pymodbus相比,可以大大提高 4倍的CPU负载// 这一点无效; 最后看EDIT部分
  • 更大的请求的CPU负载增加// 可以大大改善,使这一点无效; 最后看EDIT部分
  • 代码不如pymodbus那么优雅

超过6个月我使用pymodbus是因为最佳的性能/ CPU负载率,但不可靠的响应在更高的请求率下成为一个严重的问题,最终我转向更快的嵌入式系统并增加了对我最好的modbus-tk的支持.

对于那些对细节感兴趣的人

我的目标是实现最短的响应时间.

建立:

• 波特率:153600
  • 与实现modbus slave的微控制器的16MHz时钟同步)
  • 我的rs-485总线只有50米
• FTDI FT232R转换器以及串行TCP桥接(使用com4com作为RFC2217模式的桥接器)
• 在USB到串行转换器的情况下,为串行端口配置最低超时和缓冲区大小(以降低延迟)
• auto-tx rs-485适配器(总线具有显性状态)

用例场景:

• 每秒轮询5次,8次或10次,支持两者之间的异步访问
• 读/写10到70个寄存器的请求

典型的长期(周)表现:

• MinimalModbus:初始测试后下降
• pymodbus:读取64个寄存器〜30ms; 有效地高达30个请求/秒
  • 但响应不可靠(在多线程同步访问的情况下)
  • 在github上可能有一个线程安全的分叉,但它在主人后面,我还没试过它(https://github.com/xvart/pymodbus/network)
• modbus-tk:读取64个寄存器〜16ms; 对于较小的请求,有效地高达70-80个请求/秒

基准

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100 x 64寄存器:

没有省电

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): 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]

最大功率节省

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100 x 10寄存器:

没有省电

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): 6.246 [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]

最大功率节省

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]

现实生活中的应用:

modbus-rpc桥的加载示例(~​​3%是由RPC服务器部分引起的)

• 每秒5 x 64个寄存器同步读取和同步

• 异步访问,串口超时设置为0.018秒

  • MODBUS-TK

    • 10 regs:{'currentCpuUsage':20.6,'requestsPerSec':73.2} // 可以改进; 请参阅下面的编辑部分
    • 64 regs:{'currentCpuUsage':31.2,'requestsPerSec':41.91} // 可以改进; 请参阅下面的编辑部分

  • pymodbus:

    • 10 regs:{'currentCpuUsage':5.0,'requestsPerSec':36.88}
    • 64 regs:{'currentCpuUsage':5.0,'requestsPerSec':34.29}

编辑:可以轻松改进modbus-tk库,以减少CPU使用率.在发送请求并且T3.5睡眠通过后的原始版本中,主机一次组装一个字节的响应.事实证明,在串行端口访问上花费的时间最多.这可以通过尝试从串行缓冲区读取预期的数据长度来改进.根据pySerial文档,如果设置超时,它应该是安全的(当响应丢失或太短时不挂起):

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. 

在以下列方式修改`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

在modbus-tk修改之后,实际应用程序中的CPU负载大幅下降而没有显着的性能损失(仍然优于pymodbus):

更新了modbus-rpc桥的加载示例(~​​3%是由RPC服务器部分引起的)

• 每秒5 x 64个寄存器同步读取和同步

• 异步访问,串口超时设置为0.018秒

  • MODBUS-TK

    • 10 regs:{'currentCpuUsage':7.8,'requestsPerSec':66.81}
    • 64 regs:{'currentCpuUsage':8.1,'requestsPerSec':37.61}

  • pymodbus:

    • 10 regs:{'currentCpuUsage':5.0,'requestsPerSec':36.88}
    • 64 regs:{'currentCpuUsage':5.0,'requestsPerSec':34.29}

Answer 2

我刚刚发现了uModbus，并且要在Raspberry PI（或其他小型SBC）之类的系统中进行部署，这是一个梦想。这是一个简单的单功能软件包，不会像pymodbus那样引入10多个依赖项。

Answer 3

这实际上取决于您正在使用的应用程序以及您要实现的目标。

pymodbus是一个非常强大的库。它有效，并且为您提供了许多可使用的工具。但是当您尝试使用它时，可能会有点吓人。我发现很难与自己一起工作。它为您提供了同时使用RTU和TCP / IP的功能，这太好了！

MinimalModbus是一个非常简单的库。我最终在应用程序中使用了它，因为它确实完成了我需要做的事情。据我所知，它仅进行RTU通信。我从来没有遇到任何麻烦。

我从未研究过Modbus-tk，所以我不知道它的位置。

最终，它确实取决于您的应用程序。最后，我发现python并不是我的最佳选择。