使用Python实现MODBUS RTU协议数据传输

在工业自动化领域，MODBUS 协议因其简单、可靠而被广泛应用于设备间的通信。MODBUS RTU（远程终端单元）是该协议的一种常用形式，适用于串行通信。本文将详细介绍如何使用 Python 编程语言实现 MODBUS RTU 协议的数据发送功能，并通过一个示例代码来演示这一过程。我们将使用 minimalmodbus 库，这是一个流行的Python库，用于轻松实现MODBUS通信。

环境准备

首先，确保你的开发环境已安装Python和minimalmodbus库。如果未安装minimalmodbus，可以通过pip命令安装：

pip install minimalmodbus

MODBUS RTU基础

MODBUS RTU协议基于主从架构，即一个主设备可以向一个或多个从设备发送请求，并接收响应。每个通讯帧包含设备地址、功能码、数据区以及校验码等部分。

使用minimalmodbus库

步骤1: 导入库并配置串口

首先，导入minimalmodbus库，并配置串口参数。这包括指定串口号、波特率、停止位、校验位等。

from minimalmodbus import MinimalModbus, MODE_RTU

# 设定串口参数
port = '/dev/ttyUSB0'  # 根据实际情况修改串口号
slave_address = 1      # 从设备地址
baudrate = 9600        # 波特率
stopbits = 1           # 停止位
bytesize = 8           # 数据位
parity = 'N'           # 校验位，'N'表示无校验

# 初始化MinimalModbus对象
instrument = MinimalModbus(port=port, slaveaddress=slave_address, mode=MODE_RTU, 
                           baudrate=baudrate, stopbits=stopbits, bytesize=bytesize, parity=parity)

步骤2: 发送读取请求

假设我们要从一个MODBUS RTU设备的寄存器中读取数据，可以使用如下代码：

# 读取保持寄存器，以寄存器地址0x0001为例，读取2个寄存器
register_address = 1    # 起始寄存器地址
number_of_registers = 2 # 要读取的寄存器数量

try:
    # 执行读操作，这里使用的是读保持寄存器的功能码0x03
    values = instrument.read_registers(register_address, number_of_registers, functioncode=3)
    print(f"读取到的值为: {values}")
except IOError as e:
    print(f"读取数据时发生错误: {e}")

步骤3: 发送写入请求

如果需要向设备写入数据，可以使用类似的方法：

# 写入单个保持寄存器，以寄存器地址0x0001为例，写入值为1234
register_to_write = 1
value_to_write = 1234

try:
    # 执行写操作，这里使用的是写单个保持寄存器的功能码0x06
    instrument.write_register(register_to_write, value_to_write, functioncode=6)
    print("写入数据成功")
except IOError as e:
    print(f"写入数据时发生错误: {e}")

注意事项

• 在实际应用中，确保串口配置与目标设备相匹配。
• 某些设备可能需要特定的配置或命令格式，查阅设备手册获取详细信息。
• minimalmodbus库默认使用广播地址（0）进行读操作，如果遇到权限问题，确保指定了正确的从设备地址。
• MODBUS通信可能受到网络延迟和设备响应时间的影响，适当设置超时时间和重试逻辑可以提高稳定性。

通过上述步骤，我们展示了如何使用Python和minimalmodbus库实现MODBUS RTU协议的基本数据读写操作。根据具体应用场景，你可能需要进一步探索更高级的功能和错误处理机制，以确保通信的稳定性和可靠性。