如何用Python搭建Modbus RTU Slave？现有脚本超时问题排查

问题描述 #

需要编写脚本让控制器充当Modbus RTU Slave，响应其他设备请求：控制器需将10个布尔值存储在地址1至10的离散输入中，仅支持通过功能码2读取。尝试用pymodbus实现，但搭建方式存疑，运行脚本时QModMaster出现超时错误，需排查问题所在。

原测试脚本：

from pymodbus.datastore import ModbusSequentialDataBlock
from serial import Serial
import time
import sys
import random

# Create a serial port
serial = Serial(port='COM1',
                baudrate=9600,
                bytesize=8,
                parity='N',
                stopbits=1,
                timeout=0.5)

# Create a Modbus server context
store = ModbusSlaveContext(
    di=ModbusSequentialDataBlock.create(),
    co=ModbusSequentialDataBlock.create(),
    hr=ModbusSequentialDataBlock.create(),
    ir=ModbusSequentialDataBlock.create(),
    zero_mode=True
)

# Create a loop to change the discrete input from adress 1 to 10 every 2 seconds
while True:
    try:
        # Change the discrete input randomly
        for i in range(1, 11):
            store.setValues(1, i, [random.randint(0, 1)])
        time.sleep(2)
    except KeyboardInterrupt:
        server.stop()
        sys.exit()

环境说明：控制器运行Windows系统，支持Python执行，配备RS-232（DB9）端口；测试用安装QModMaster的电脑，读取离散输入时触发超时。

原脚本的核心错误 #

脚本存在多个关键问题，导致Modbus Slave无法正常响应请求：

• 未启动Modbus RTU Server：仅创建了串口和数据存储对象，但未将两者关联、启动Slave服务，串口从未处理任何Modbus请求，必然超时。
• 缺失类导入：使用ModbusSlaveContext但未从pymodbus.datastore导入，运行时会直接抛出NameError中断脚本。
• 数据块初始化无效：ModbusSequentialDataBlock.create()默认生成空数据块，未预分配地址1-10的离散输入空间，读取时会返回无效地址错误。
• 数据更新参数错误：store.setValues(1, i, [...])的第一个参数是数据类型代码，离散输入（DI）对应代码为2，而非1（1是线圈CO的代码），原代码实际在修改线圈而非离散输入。
• 未定义server对象：异常处理中的server.stop()会抛出NameError，因为server从未初始化。

修正后的脚本 #

from pymodbus.datastore import ModbusSequentialDataBlock, ModbusSlaveContext
from pymodbus.server import StartSerialServer
from serial import Serial
import time
import sys
import random

# 初始化串口（参数需与QModMaster完全匹配）
serial_port = Serial(
    port='COM1',
    baudrate=9600,
    bytesize=8,
    parity='N',
    stopbits=1,
    timeout=0.5
)

# 初始化离散输入数据块：起始地址1，共10个点位，初始值设为0
di_block = ModbusSequentialDataBlock(1, [0]*10)
# 创建Slave上下文，仅启用离散输入（DI），关闭其他不需要的存储区
store = ModbusSlaveContext(
    di=di_block,
    co=None,  # 禁用线圈
    hr=None,  # 禁用保持寄存器
    ir=None,  # 禁用输入寄存器
    zero_mode=True
)

def update_discrete_inputs():
    """后台更新离散输入值的线程函数"""
    while True:
        # 更新地址1-10的离散输入值
        for addr in range(1, 11):
            # 离散输入对应的数据类型代码是2
            store.setValues(2, addr, [random.randint(0, 1)])
        time.sleep(2)

if __name__ == "__main__":
    try:
        # 启动Modbus RTU Slave服务器，同时运行数据更新线程
        StartSerialServer(
            context=store,
            port=serial_port,
            timeout=1,
            custom_processes=[update_discrete_inputs]
        )
    except KeyboardInterrupt:
        serial_port.close()
        sys.exit()

关键修改说明 #

• 补全必要导入：添加ModbusSlaveContext和StartSerialServer的导入，确保类可用。
• 规范数据块初始化：明确指定离散输入的起始地址和点位数量，保证地址1-10有效。
• 禁用无用存储区：将不需要的线圈、寄存器设为None，减少资源占用。
• 启动Modbus Server：通过StartSerialServer关联串口与数据存储，正式启动Slave服务处理请求。
• 线程化数据更新：将数据更新逻辑放在独立线程中，避免阻塞主线程的Modbus请求处理（原脚本的while循环会完全占用主线程，无法响应串口数据）。
• 修正数据类型代码：用2作为setValues的第一个参数，确保修改的是离散输入。
• 完善异常处理：确保串口正常关闭，避免资源泄漏。

额外排查点 #

• 确认COM端口号正确：检查Windows设备管理器，确认控制器RS-232端口的实际COM编号。
• 串口接线正确：使用RS-232交叉线（TX-RX交叉连接），确保控制器与测试电脑的串口通信通路正常。
• QModMaster参数匹配：确保软件中的波特率、奇偶校验、停止位、Slave地址（默认1）与脚本完全一致，读取时选择功能码2，起始地址1，数量10。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Sara Delahaie