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库进行Modbus TCP通信时，开发者经常会遇到服务器启动后客户端无法连接的问题。本文将详细分析一个典型场景：使用Pymodbus异步服务器与同步客户端通信时出现的"目标机器主动拒绝连接"错误。

核心问题分析

当开发者尝试建立一个异步Modbus TCP服务器，并在同一台机器上运行同步客户端进行连接测试时，可能会遇到以下错误信息：

Connection to (127.0.0.1, 601) failed: [WinError 10061] No connection could be made because the target machine actively refused it

这个错误表明客户端尝试连接时，服务器端没有在指定端口上监听连接请求。经过深入分析，我们发现问题的根源在于服务器启动逻辑的实现方式。

服务器实现的关键点

正确的服务器启动方式

在最初的实现中，开发者创建了ModbusTcpServer实例但没有正确启动服务。正确的做法应该是：

1. 创建ModbusSlaveContext和ModbusServerContext
2. 实例化ModbusTcpServer
3. 调用serve_forever()方法启动服务

异步编程注意事项

由于使用的是异步服务器，必须注意以下几点：

1. 避免在异步函数中使用同步sleep(5)，应该使用asyncio.sleep(5)
2. 服务器启动任务需要正确管理，不能阻塞主循环
3. 上下文更新操作需要在服务器运行的同时进行

客户端实现的关键点

正确的寄存器读取方式

在客户端代码中，读取保持寄存器的调用方式存在问题。正确的API使用应该是：

# 错误方式
c.read_holding_registers(53031, 1, 1)

# 正确方式
c.read_holding_registers(address=53031, count=1, unit=1)

广播设置

如果需要使用广播功能，应该正确设置broadcast_enable参数，但需要注意广播地址的特殊性（通常为0而不是1）。

解决方案

服务器端修正代码

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 is not None:
                    context[0x03].setValues(3, address, values)
            
            # 异步等待
            await asyncio.sleep(5)
            
        # 关闭服务器
        server.shutdown()
        await server_task
        print(f"Server for device {device_name} is offline")
        return True
    except Exception as e:
        print("Error in server:", e)

客户端修正代码

from pymodbus.client import ModbusTcpClient

def read_registers():
    ip = '127.0.0.1'
    port = 601
    client = ModbusTcpClient(host=ip, port=port)
    
    try:
        if not client.connect():
            return {"Error": f"Unable to connect to device at {ip}:{port}"}
        
        # 正确读取保持寄存器
        response = client.read_holding_registers(address=53031, count=1, unit=1)
        if response.isError():
            return {"Error": "Modbus error occurred"}
            
        return response.registers
    except Exception as e:
        return {"Error": str(e)}
    finally:
        client.close()

Windows系统注意事项

在Windows系统上运行Modbus服务器时，需要注意：

1. 端口选择：Windows通常限制使用低于2058的端口
2. 防火墙设置：确保所选端口在防火墙中已放行
3. 本地连接：127.0.0.1地址通常不受限制，但仍需确保端口可用

总结

通过本文的分析，我们了解到Pymodbus异步服务器与同步客户端通信时需要注意的关键点包括：正确的服务器启动方式、异步编程规范、API的正确使用以及系统环境配置。开发者应当特别注意异步上下文中的阻塞操作处理，以及Modbus协议API的规范调用方式。

在实际应用中，建议使用日志记录功能来监控服务器状态和通信过程，这有助于快速定位和解决连接问题。同时，对于复杂的异步应用场景，合理设计任务调度和协程管理是确保系统稳定运行的关键。