Python modbus库

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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

有哪些优点/缺点，还有更好的选择吗？

python modbus
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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（post by the author）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。

setup:

  • 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）

Use case scenario:

  • 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

Typical long-term (weeks) performance:

  • 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，我没有尝试过（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

benchmark

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]

real-life application:

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 documentation，如果设置超时，它应该是安全的（当响应丢失或太短时没有挂起）：

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}
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我刚刚发现了uModbus，并且用于像Raspberry PI（或其他小型SBC）这样的部署，这是一个梦想。它是一个简单的单一功能包，不会带来像pymodbus那样的10多个依赖项。

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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，它为您提供了许多工具。但是当你尝试使用它时，它可能会有点吓人。我发现很难与个人合作。它使您能够同时使用RTU和TCP / IP，这非常棒！

MinimalModbus是一个非常简单的库。我最终将它用于我的应用程序，因为它完全符合我的需要。它只进行RTU通信，据我所知，它做得很好。我从来没有遇到任何麻烦。

我从来没有看过Modbus-tk，所以我不知道它在哪里。

但最终，它确实取决于您的应用程序。最后我发现python不是我的最佳选择。

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