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シリアル インターフェイスで modbus デバイスを制御する必要があります。Modbusの経験がありません。しかし、私の簡単な調査では、いくつかの modbus ライブラリが明らかになりました

長所/短所は何ですか、さらに良い代替手段はありますか?

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ほぼ同時に、私は同じ問題に直面しました.python modbusマスター実装のために選択するライブラリですが、私の場合はシリアル通信（modbus RTU）のため、私の観察はmodbus RTUに対してのみ有効です。

私の調査では、ドキュメントにはあまり注意を払いませんでしたが、シリアル RTU マスターの例は、modbus-tk で見つけるのが最も簡単でしたが、wiki などにはソースがありませんでした。

長い話を短くする：

最小限のModbus:

  • 長所：
    • 軽量モジュール
    • パフォーマンスは、最大 10 個のレジスタを読み取るアプリケーションで許容できる場合があります
  • 短所：
    • 許容できないほど（私のアプリケーションでは）〜64個のレジスタを読み取ると遅くなります
    • 比較的高い CPU 負荷

ピモドバス:

特徴的な機能: シリアル ストリーム (作者による投稿)に依存し、シリアル タイムアウトを動的に設定する必要があります。そうしないと、パフォーマンスが低下します (シリアル タイムアウトは、可能な限り長い応答を得るために調整する必要があります)。

  • 長所：
    • 低CPU負荷
    • 許容できるパフォーマンス
  • 短所：
    • タイムアウトが動的に設定されている場合でも、パフォーマンスは modbus-tk に比べて 2 倍低くなります。タイムアウトを一定値のままにしておくと、パフォーマンスが大幅に低下します (ただし、クエリ時間は一定です)。
    • ハードウェアに敏感（シリアルバッファからのストリームの処理への依存の結果として）またはトランザクションに内部問題がある可能性があります：異なる読み取りまたは読み取り/書き込みが毎秒20回以上実行されると、応答が混乱する可能性があります. より長いタイムアウトは役に立ちますが、シリアル回線を介した pymodbus RTU 実装が実稼働環境で使用するのに十分な堅牢性を持たない場合があるとは限りません。
    • 動的シリアル ポート タイムアウト設定のサポートを追加するには、追加のプログラミングが必要です: 基本同期クライアント クラスを継承し、ソケット タイムアウト変更メソッドを実装します。
    • 応答の検証は modbus-tk ほど詳細ではありません。たとえば、バス ディケイの場合は例外のみがスローされますが、modbus-tk は同じ状況で間違ったスレーブ アドレスまたは CRC エラーを返します。これは、問題の根本原因を特定するのに役立ちます (タイムアウトが短すぎる、間違ったバス ターミネーション / その欠如、または浮地など）

modbus-tk:

際立った機能: データのシリアル バッファをプローブし、すばやく応答を組み立てて返します。

  • 長所
    • 最高のパフォーマンス; 動的タイムアウトにより、pymodbus よりも約 2 倍高速
  • 短所：
    • 約。pymodbus と比較して 4 倍の CPU 負荷 //大幅に改善できるため、この点は無効です。最後の編集セクションを参照してください
    • より大きなリクエストに対する CPU 負荷の増加 //は大幅に改善される可能性があり、この点は無効です。最後の編集セクションを参照してください
    • pymodbus ほどエレガントではないコード

6 か月以上、最高のパフォーマンス/CPU 負荷率のために pymodbus を使用していましたが、リクエスト レートが高くなると信頼性の低い応答が深刻な問題になり、最終的にはより高速な組み込みシステムに移行し、私にとって最適な modbus-tk のサポートを追加しました。

詳細が気になる方へ

私の目標は、最小の応答時間を達成することでした。

設定：

  • ボーレート: 153600
    • Modbusスレーブを実装するマイコンの16MHzクロックに同期）
    • 私のRS-485バスは50mしかありません
  • FTDI FT232R コンバーターおよび Serial over TCP ブリッジ (RFC2217 モードで com4com をブリッジとして使用)
  • USB からシリアルへのコンバーターの場合、シリアル ポート用に構成された最小のタイムアウトとバッファー サイズ (待ち時間を短縮するため)
  • auto-tx rs-485 アダプタ (バスはドミナント状態)

使用例のシナリオ:

  • 1 秒あたり 5、8、または 10 回のポーリングとその間の非同期アクセスのサポート
  • 10～70レジスタの読み書き要求

典型的な長期 (数週間) のパフォーマンス:

  • MinimalModbus: 初期テスト後に削除
  • pymodbus: 64 個のレジスタを読み取るのに約 30 ミリ秒。事実上最大 30 リクエスト/秒
    • ただし、応答は信頼できません（複数のスレッドからの同期アクセスの場合）
    • github にスレッドセーフなフォークがある可能性がありますが、マスターの背後にあり、試していません ( https://github.com/xvart/pymodbus/network )
  • modbus-tk: 64 個のレジスタを読み取るのに約 16 ミリ秒。小規模なリクエストの場合、事実上最大 70 ～ 80 リクエスト/秒

基準

コード：

import time
import traceback
import serial
import modbus_tk.defines as tkCst
import modbus_tk.modbus_rtu as tkRtu

import minimalmodbus as mmRtu

from pymodbus.client.sync import ModbusSerialClient as pyRtu

slavesArr = [2]
iterSp = 100
regsSp = 10
portNbr = 21
portName = 'com22'
baudrate = 153600

timeoutSp=0.018 + regsSp*0
print "timeout: %s [s]" % timeoutSp


mmc=mmRtu.Instrument(portName, 2)  # port name, slave address
mmc.serial.baudrate=baudrate
mmc.serial.timeout=timeoutSp

tb = None
errCnt = 0
startTs = time.time()
for i in range(iterSp):
  for slaveId in slavesArr:
    mmc.address = slaveId
    try:
        mmc.read_registers(0,regsSp)
    except:
        tb = traceback.format_exc()
        errCnt += 1
stopTs = time.time()
timeDiff = stopTs  - startTs

mmc.serial.close()

print mmc.serial

print "mimalmodbus:\ttime to read %s x %s (x %s regs): %.3f [s] / %.3f [s/req]" % (len(slavesArr),iterSp, regsSp, timeDiff, timeDiff/iterSp)
if errCnt >0:
    print "   !mimalmodbus:\terrCnt: %s; last tb: %s" % (errCnt, tb)



pymc = pyRtu(method='rtu', port=portNbr, baudrate=baudrate, timeout=timeoutSp)

errCnt = 0
startTs = time.time()
for i in range(iterSp):
  for slaveId in slavesArr:
    try:
        pymc.read_holding_registers(0,regsSp,unit=slaveId)
    except:
        errCnt += 1
        tb = traceback.format_exc()
stopTs = time.time()
timeDiff = stopTs  - startTs
print "pymodbus:\ttime to read %s x %s (x %s regs): %.3f [s] / %.3f [s/req]" % (len(slavesArr),iterSp, regsSp, timeDiff, timeDiff/iterSp)
if errCnt >0:
    print "   !pymodbus:\terrCnt: %s; last tb: %s" % (errCnt, tb)
pymc.close()


tkmc = tkRtu.RtuMaster(serial.Serial(port=portNbr, baudrate=baudrate))
tkmc.set_timeout(timeoutSp)

errCnt = 0
startTs = time.time()
for i in range(iterSp):
  for slaveId in slavesArr:
    try:
        tkmc.execute(slaveId, tkCst.READ_HOLDING_REGISTERS, 0,regsSp)
    except:
        errCnt += 1
        tb = traceback.format_exc()
stopTs = time.time()
timeDiff = stopTs  - startTs
print "modbus-tk:\ttime to read %s x %s (x %s regs): %.3f [s] / %.3f [s/req]" % (len(slavesArr),iterSp, regsSp, timeDiff, timeDiff/iterSp)
if errCnt >0:
    print "   !modbus-tk:\terrCnt: %s; last tb: %s" % (errCnt, tb)
tkmc.close()

結果：

platform:
P8700 @2.53GHz
WinXP sp3 32bit
Python 2.7.1
FTDI FT232R series 1220-0
FTDI driver 2.08.26 (watch out for possible issues with 2.08.30 version on Windows)
pymodbus version 1.2.0
MinimalModbus version 0.4
modbus-tk version 0.4.2

100 x 64 レジスタの読み取り:

節電しない

timeout: 0.05 [s]
Serial<id=0xd57330, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.05, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 64 regs): 9.135 [s] / 0.091 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 64 regs): 6.151 [s] / 0.062 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 64 regs): 2.280 [s] / 0.023 [s/req]

timeout: 0.03 [s]
Serial<id=0xd57330, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.03, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 64 regs): 7.292 [s] / 0.073 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 64 regs): 3.170 [s] / 0.032 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 64 regs): 2.342 [s] / 0.023 [s/req]


timeout: 0.018 [s]
Serial<id=0xd57330, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.018, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 64 regs): 4.481 - 7.198 [s] / 0.045 - 0.072 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 64 regs): 3.045 [s] / 0.030 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 64 regs): 2.342 [s] / 0.023 [s/req]

最大の省電力

timeout: 0.05 [s]
Serial<id=0xd57330, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.05, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 64 regs): 10.289 [s] / 0.103 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 64 regs):  6.074 [s] / 0.061 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 64 regs):  2.358 [s] / 0.024 [s/req]

timeout: 0.03 [s]
Serial<id=0xd57330, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.03, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 64 regs): 8.166 [s] / 0.082 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 64 regs): 4.138 [s] / 0.041 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 64 regs): 2.327 [s] / 0.023 [s/req]

timeout: 0.018 [s]
Serial<id=0xd57330, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.018, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 64 regs): 7.776 [s] / 0.078 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 64 regs): 3.169 [s] / 0.032 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 64 regs): 2.342 [s] / 0.023 [s/req]

100 x 10 レジスタの読み取り:

節電しない

timeout: 0.05 [s]
Serial<id=0xd56350, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.05, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 10 regs): 6.246 [s] / 0.062 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 10 regs): 6.199 [s] / 0.062 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 10 regs): 1.577 [s] / 0.016 [s/req]

timeout: 0.03 [s]
Serial<id=0xd56350, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.03, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.088 [s] / 0.031 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.143 [s] / 0.031 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 10 regs): 1.533 [s] / 0.015 [s/req]

timeout: 0.018 [s]
Serial<id=0xd56350, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.018, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.066 [s] / 0.031 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.006 [s] / 0.030 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 10 regs): 1.533 [s] / 0.015 [s/req]

最大の省電力

timeout: 0.05 [s]
Serial<id=0xd56350, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.05, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 10 regs): 6.386 [s] / 0.064 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 10 regs): 5.934 [s] / 0.059 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 10 regs): 1.499 [s] / 0.015 [s/req]

timeout: 0.03 [s]
Serial<id=0xd56350, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.03, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.139 [s] / 0.031 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.170 [s] / 0.032 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 10 regs): 1.562 [s] / 0.016 [s/req]

timeout: 0.018 [s]
Serial<id=0xd56350, open=False>(port='com22', baudrate=153600, bytesize=8, parity='N', stopbits=1, timeout=0.018, xonxoff=False, rtscts=False, dsrdtr=False)
mimalmodbus:    time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.123 [s] / 0.031 [s/req]
pymodbus:       time to read 1 x 100 (x 10 regs): 3.060 [s] / 0.031 [s/req]
modbus-tk:      time to read 1 x 100 (x 10 regs): 1.561 [s] / 0.016 [s/req]

実際のアプリケーション:

modbus-rpc ブリッジの負荷例 (~3% は RPC サーバー部分が原因)

  • 1 秒あたり 5 x 64 レジスタの同時読み取り

  • シリアル ポート タイムアウトを 0.018 秒に設定した非同期アクセス

    • modbus-tk

      • 10 regs: {'currentCpuUsage': 20.6, 'requestsPerSec': 73.2} //改善できます。以下の編集セクションを参照してください
      • 64 regs: {'currentCpuUsage': 31.2, 'requestsPerSec': 41.91} //改善できます。以下の編集セクションを参照してください

    • ピモドバス:

      • 10 登録: {'currentCpuUsage': 5.0, 'requestsPerSec': 36.88}
      • 64 regs: {'currentCpuUsage': 5.0, 'requestsPerSec': 34.29}

編集: modbus-tk ライブラリは、CPU 使用率を減らすために簡単に改善できます。元のバージョンでは、要求が送信され、T3.5 スリープが渡された後、マスターは一度に 1 バイトずつ応答を組み立てます。プロファイリングは、ほとんどの時間がシリアル ポート アクセスに費やされていることを証明しました。これは、シリアル バッファから予想される長さのデータを読み取ろうとすることで改善できます。pySerial のドキュメントによると、タイムアウトが設定されている場合は安全です (応答がない場合や短すぎる場合にハングアップすることはありません)。

read(size=1)
Parameters: size – Number of bytes to read.
Returns:    Bytes read from the port.
Read size bytes from the serial port. If a timeout is set it may return less characters as   
requested. With no timeout it will block until the requested number of bytes is read.

次の方法で「modbus_rtu.py」を変更した後:

def _recv(self, expected_length=-1):
     """Receive the response from the slave"""
     response = ""
     read_bytes = "dummy"
     iterCnt = 0
     while read_bytes:
         if iterCnt == 0:
             read_bytes = self._serial.read(expected_length)  # reduces CPU load for longer frames; serial port timeout is used anyway 
         else:
             read_bytes = self._serial.read(1)
         response += read_bytes
         if len(response) >= expected_length >= 0:
             #if the expected number of byte is received consider that the response is done
             #improve performance by avoiding end-of-response detection by timeout
             break
         iterCnt += 1

modbus-tk の変更後、実際のアプリケーションの CPU 負荷は大幅に低下し、パフォーマンスが大幅に低下することはありませんでした (それでも pymodbus よりも優れています)。

modbus-rpc ブリッジの負荷例を更新 (~3% は RPC サーバー部分が原因)

  • 1 秒あたり 5 x 64 レジスタの同時読み取り

  • シリアル ポート タイムアウトを 0.018 秒に設定した非同期アクセス

    • modbus-tk

      • 10 登録: {'currentCpuUsage': 7.8、'requestsPerSec': 66.81}
      • 64 登録: {'currentCpuUsage': 8.1、'requestsPerSec': 37.61}

    • ピモドバス:

      • 10 登録: {'currentCpuUsage': 5.0, 'requestsPerSec': 36.88}
      • 64 regs: {'currentCpuUsage': 5.0, 'requestsPerSec': 34.29}
于 2014-01-30T14:30:17.073 に答える
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それは、使用しているアプリケーションと、何を達成しようとしているかによって大きく異なります。

pymodbus は非常に堅牢なライブラリです。それは機能し、作業するための多くのツールを提供します。しかし、それを使おうとすると、少し威圧的であることがわかります。個人での対応は難しかったと思います。RTU と TCP/IP の両方を使用する機能を提供します。これは素晴らしいことです。

MinimalModbus は非常にシンプルなライブラリです。私は自分のアプリケーションにこれを使用することになりました。それは RTU 通信のみを行い、私の知る限りうまく機能します。私はそれで困ったことはありません。

Modbus-tk について調べたことがないので、どこにあるのかわかりません。

ただし、最終的には、アプリケーションが何であるかによって異なります。最終的に、python は私にとって最良の選択ではないことがわかりました。

于 2013-06-13T18:40:14.447 に答える