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Modbus TCP 通信基础

news 来源：原创 2025/6/6 12:02:48

在 Modbus 通信中，TCP 协议与 RTU 协议的主要区别在于传输层和数据帧格式。以下是使用 pymodbus 库实现 Modbus TCP 通信的详细说明及代码示例：

一、Modbus TCP 通信基础

1. 协议特点

传输层：基于 TCP/IP，通过以太网传输数据。
数据帧：包含 MBAP 报文头（包含事务处理标识符、协议标识符、长度、单元标识符）和 PDU 数据单元（功能码+数据）。
端口：默认端口为 502。

2. 与 Modbus RTU 的区别

特性	Modbus RTU	Modbus TCP
传输介质	串口（RS485/RS232）	以太网（RJ45）
数据帧	包含 CRC 校验码	无 CRC 校验，依赖 IP 层校验
连接方式	半双工，需指定从机地址	全双工，通过 IP:Port 连接
典型场景	短距离工业设备通信	远程监控、跨网络设备通信

二、使用 `pymodbus` 实现 Modbus TCP 通信

1. 安装 `pymodbus` 库

pip install pymodbus

2. 关键类：`ModbusTcpClient`

pymodbus 提供 ModbusTcpClient 类用于 Modbus TCP 通信，支持以下核心方法：

connect()：建立 TCP 连接。
close()：关闭连接。
read_coils(address, count, unit=1)：读取线圈状态（DO）。
write_coil(address, value, unit=1)：写单个线圈。
read_discrete_inputs(address, count, unit=1)：读取离散输入（DI）。
read_input_registers(address, count, unit=1)：读取输入寄存器（如脉冲计数）。

三、代码示例：Modbus TCP 控制 TAS-IO-231R

1. 读取 DO 状态（功能码 0x01）

from pymodbus.client import ModbusTcpClient# 初始化客户端（替换为设备实际 IP）
client = ModbusTcpClient(host="192.168.1.100", port=502)  # 默认端口 502
client.connect()# 读取 4 路 DO 状态（寄存器地址 0x0000~0x0003，对应 Modbus 地址 0~3）
response = client.read_coils(address=0, count=4, unit=17)  # unit=从机地址（TAS-IO-231R 默认 17）if not response.isError():print("DO 状态：", response.bits)  # 输出列表，如 [True, False, False, False]
else:print("读取失败：", response)client.close()

2. 控制 DO 输出（功能码 0x05）

# 闭合 DO2（寄存器地址 0x0001，对应 Modbus 地址 1）
response = client.write_coil(address=1, value=True, unit=17)if response.isError():print("控制失败：", response)
else:print("DO2 已闭合")# 断开 DO2
client.write_coil(address=1, value=False, unit=17)

3. 读取 DI 状态（功能码 0x02）

# 读取 4 路 DI 状态（寄存器地址 0x0020，对应 Modbus 地址 32）
response = client.read_discrete_inputs(address=32, count=4, unit=17)if not response.isError():print("DI 状态：", response.bits)  # 输入状态（True/False）
else:print("读取失败：", response)

4. 读取脉冲计数（功能码 0x04）

# 读取 DI1 脉冲计数（寄存器地址 0x0060，对应 Modbus 地址 96）
response = client.read_input_registers(address=96, count=1, unit=17)if not response.isError():print("DI1 脉冲计数：", response.registers[0])
else:print("读取失败：", response)

四、TAS-IO-231R 配置要点

网络参数设置：
- 通过串口工具或远程服务器配置设备 IP、子网掩码、网关。
- 确保设备与服务器网络互通（可通过 ping 测试）。
Modbus TCP 兼容性：
- TAS-IO-231R 的 TCP 端支持 Modbus TCP 协议，自动解析 MBAP 报文头中的 单元标识符（对应从机地址，默认 17）。
- 发送指令时需确保 unit 参数与设备 Modbus 地址一致。

五、常见问题与排查

连接失败：
- 检查设备 IP 是否正确，是否与电脑/服务器在同一网段。
- 确认设备端口是否开放（默认 502，可通过 telnet IP 502 测试）。
- 重启设备，确保网络参数生效。
指令无响应：
- 验证从机地址（unit）是否正确（TAS-IO-231R 默认 17，对应十六进制 0x11）。
- 使用抓包工具（如 Wireshark）捕获 Modbus TCP 报文，检查请求格式是否符合规范。
数据异常：
- 确认寄存器地址映射是否正确（参考 TAS-IO-231R 说明书中的寄存器表）。
- 检查功能码是否匹配操作类型（如读取 DI 用 0x02，读取 DO 用 0x01）。

六、总结

Modbus TCP 凭借以太网的远程通信能力，使 TAS-IO-231R 可轻松接入工业物联网平台或云服务器。通过 pymodbus 的 ModbusTcpClient，开发者可快速实现跨网络的 IO 控制与数据采集。实际应用中需注意网络配置、从机地址和寄存器映射的准确性，结合设备说明书调试以确保通信稳定。