Pymodbus异步服务器与同步客户端通信问题解析

问题背景

在使用Pymodbus库实现Modbus TCP通信时，开发者经常会遇到服务器与客户端连接失败的问题。本文将以一个典型场景为例，详细分析异步服务器与同步客户端通信中的常见问题及其解决方案。

核心问题分析

服务器未正确启动监听

在原始代码中，虽然创建了ModbusTcpServer实例，但并未实际启动服务器监听。正确的做法应该是调用serve_forever()方法启动服务器：

server = ModbusTcpServer(context=context, address=("127.0.0.1", port))
await server.serve_forever()

异步编程模型混淆

开发者尝试在异步服务器中混用同步的time.sleep()，这会导致事件循环阻塞。正确的做法是使用异步版本的asyncio.sleep()：

await asyncio.sleep(5)  # 替代time.sleep(5)

客户端API使用不当

客户端读取保持寄存器时使用了不正确的参数格式：

# 错误用法
c.read_holding_registers(53031, 1, 1)

# 正确用法
c.read_holding_registers(address=53031, count=1, slave=1)

完整解决方案

服务器端实现

async def run_server(device):
    port = int(device['port'])
    device_name = device['name']
    try:
        print(f"Starting server for device {device_name}...")
        store = ModbusSlaveContext(
            di=ModbusSequentialDataBlock.create(),
            co=ModbusSequentialDataBlock.create(),
            hr=ModbusSequentialDataBlock.create(),
            ir=ModbusSequentialDataBlock.create())
        context = ModbusServerContext(slaves=store, single=True)
        server = ModbusTcpServer(context=context, address=("127.0.0.1", port))
        
        # 启动服务器任务
        server_task = asyncio.create_task(server.serve_forever())
        
        print(f"Server for device {device_name} is online")

        while device['simulate']:
            # 更新寄存器值
            for i in values:
                address = i["address"]
                values = get_register_values()  # 获取寄存器值
                if values:
                    context[0x03].setValues(3, address, values)
            
            # 打印寄存器值
            print("Values in HR block:")
            res = [value for value in store.store["h"].values[53000:53101]]
            print(res)
            
            await asyncio.sleep(5)  # 异步等待
            
        # 关闭服务器
        server.shutdown()
        await server_task
        return True
    except Exception as e:
        print("Error in server:", e)

客户端实现

from pymodbus.client import ModbusTcpClient

def read_registers(ip, port, address, count, slave_id=1):
    client = ModbusTcpClient(host=ip, port=port)
    try:
        if not client.connect():
            raise ConnectionError(f"无法连接到设备 {ip}:{port}")
        
        response = client.read_holding_registers(
            address=address,
            count=count,
            slave=slave_id)
        
        if response.isError():
            raise Exception("读取寄存器时发生错误")
            
        return response.registers
    finally:
        client.close()

深入理解

1. 异步编程模型：Pymodbus的异步服务器基于asyncio实现，所有阻塞操作都应使用await关键字

2. 端口权限：Windows系统默认会阻止低于2058的端口，需要手动开放或选择更高端口

3. 上下文管理：服务器上下文(ModbusServerContext)管理所有从设备的数据块，确保线程安全

4. 错误处理：客户端应始终检查连接状态和响应错误，避免程序异常终止

最佳实践建议

1. 对于生产环境，建议使用日志记录而非print语句
2. 考虑实现连接重试机制，提高网络不稳定性下的可靠性
3. 大型项目应考虑将服务器和客户端分离到不同进程或机器
4. 寄存器地址和值的管理可以考虑使用配置文件或数据库

通过以上分析和解决方案，开发者可以避免常见的Pymodbus通信问题，构建稳定可靠的Modbus TCP应用。