2. Modbus TCP从站模拟器开发

任务目标

开发一个基于Python的Modbus TCP从站模拟器，模拟PLC的保持寄存器与线圈区域，供Modbus主站（如SCADA、上位机或调试工具）进行读写测试。从站启动后监听指定端口，响应主站的读写请求，并维护可动态修改的寄存器数据。

环境依赖

需要Python 3.8+，并安装pymodbus库（版本≥3.0）：

pip install pymodbus

关键完整代码

以下代码实现了一个完整的Modbus TCP从站，模拟4个保持寄存器（地址0~3）和8个线圈（地址0~7）。从站启动后可通过主站工具（如Modbus Poll）或pymodbus客户端进行读写验证。

# modbus_slave.py
import logging
from pymodbus.server import StartTcpServer
from pymodbus.datastore import ModbusSlaveContext, ModbusServerContext
from pymodbus.datastore import ModbusSequentialDataBlock

# 配置日志（可选，便于观察请求）
logging.basicConfig(level=logging.INFO)

# 初始化数据存储：保持寄存器(3x)与线圈(0x)
# 保持寄存器地址0~3，初始值分别为 10, 20, 30, 40
# 线圈地址0~7，初始值分别为 1,0,1,0,1,0,1,0
store = ModbusSlaveContext(
    di=ModbusSequentialDataBlock(0, [0]*8),      # 离散输入（本案例不使用）
    co=ModbusSequentialDataBlock(0, [1,0,1,0,1,0,1,0]),  # 线圈
    hr=ModbusSequentialDataBlock(0, [10,20,30,40]),      # 保持寄存器
    ir=ModbusSequentialDataBlock(0, [0]*8)       # 输入寄存器（本案例不使用）
)
context = ModbusServerContext(slaves=store, single=True)

if __name__ == "__main__":
    # 启动TCP从站，监听502端口（需管理员权限）或改用5020等非特权端口
    print("Modbus TCP Slave 启动，监听端口 5020...")
    StartTcpServer(context=context, address=("0.0.0.0", 5020))

运行与验证

启动从站：

python modbus_slave.py

从站将监听本机5020端口（若需使用标准502端口，在Linux/macOS下用sudo运行，Windows下以管理员身份运行）。

验证方法（使用pymodbus客户端脚本）：

# test_client.py
from pymodbus.client import ModbusTcpClient

client = ModbusTcpClient("127.0.0.1", port=5020)
assert client.connect()

# 读保持寄存器（地址0，读4个）
rr = client.read_holding_registers(0, 4)
print("保持寄存器:", rr.registers)  # 预期输出: [10, 20, 30, 40]

# 写保持寄存器（地址2，写值99）
client.write_register(2, 99)
rr = client.read_holding_registers(0, 4)
print("写后保持寄存器:", rr.registers)  # 预期输出: [10, 20, 99, 40]

# 读线圈（地址0，读8个）
cr = client.read_coils(0, 8)
print("线圈:", cr.bits)  # 预期输出: [True, False, True, False, True, False, True, False]

# 写单个线圈（地址1，写True）
client.write_coil(1, True)
cr = client.read_coils(0, 8)
print("写后线圈:", cr.bits)  # 预期输出: [True, True, True, False, True, False, True, False]

client.close()
print("验证通过")

运行客户端：

python test_client.py

通过条件：客户端脚本输出的寄存器与线圈值符合上述注释中的预期值，且无异常抛出。也可使用Modbus Poll等图形工具连接127.0.0.1:5020进行手动读写验证。

常见问题

• 端口占用：若5020被占用，修改代码中address的端口号即可。
• 权限问题：使用标准502端口时需管理员/root权限，否则监听失败。
• 数据持久性：从站数据仅保存在内存中，重启后恢复初始值，适合测试场景。