OpenPLC中端点实时监控功能的实现——Pymodbus
Openplc中利用pymodbus库来实现对软PLC 输入输出的监控，并在【OpenPLC_v3\webserver】文件夹的monitoring.py文件中定义了有关的接口的实现，这篇博客对pymodbus和OpenPLC中monitoring.py进行简单的介绍，以方便大家借助OpenPLC提供的接口进一步开发调试、变量监控等功能。
1 Pymodbus的基本使用流程介绍
在PLC（硬或软）上启用Modbus服务的过程涉及硬件和软件的配置，具体步骤和方法会依赖于使用的PLC品牌和型号。
对于硬PLC，需要通过相应的PLC编程软件来配置Modbus协议的工作模式（如Modbus TCP或RTU），设置相关的寄存器和通信参数，然后将配置下载到PLC上。
对于软PLC（安装了OpenPLC runtime的普通嵌入式设备），在安装OpenPLC runtime时，已经搭载了modbus server的有关服务（在本机端口502上），可以通过Openplc webserver提供的有关接口直接启用。
在PLC上启动了Modbus服务后，我们可以使用pymodbus和该Modbus服务通信，从而获取数据，pymodbus的介绍如下：
pymodbus是一个支持 Modbus 协议的库，支持 Modbus RTU、Modbus TCP 等多种通信模式。以下是如何使用 pymodbus 库来监控 PLC 输入输出的基本步骤：
连接到 PLC
根据你的 PLC 类型（Modbus RTU 或 Modbus TCP），你需要选择不同的连接方式。
1. Modbus TCP 连接
Modbus TCP 是基于以太网的，可以通过 IP 地址和端口来连接 PLC，例如
from pymodbus.client.sync import ModbusTcpClient
# 连接到PLC（假设PLC的IP地址是192.168.1.100，端口是502）
client = ModbusTcpClient('192.168.1.100', port=502)
client.connect()
2. Modbus RTU 连接
Modbus RTU 是基于串口的通信，需要通过串口设备来连接 PLC。
from pymodbus.client.sync import ModbusSerialClient as ModbusClient
# 连接到PLC（假设PLC的串口设备是'/dev/ttyUSB0'，波特率是9600）
client = ModbusClient(method='rtu', port='/dev/ttyUSB0', baudrate=9600)
client.connect()
读取输入输出数据
Modbus 协议有不同类型的寄存器，其中最常见的类型包括：
- Coils (离散输出)：通常用于控制开关等输出设备。
- Discrete Inputs (离散输入)：读取开关状态等离散输入。
- Holding Registers (保持寄存器)：通常用于读写设备的参数。
- Input Registers (输入寄存器)：读取设备传感器等输入数据。
可以使用 pymodbus 提供的不同方法来读取这些寄存器，这里仅以读取离散输入为例：
# 读取离散输入（假设你要读取地址为0到9的离散输入）
result = client.read_discrete_inputs(0, 10)
if result.isError():
print("Error reading discrete inputs")
else:
print(result.bits) # 打印离散输入的值（True/False）
写入数据
除了读取数据，pymodbus 也支持写入数据
# 写入一个保持寄存器的值（假设写入地址为0的寄存器，值为123）
client.write_register(0, 123)
关闭连接
完成所有操作后，需要关闭与 PLC 的连接：
client.close()
2 OpenPLC中关于monitoring.py的介绍
OpenPLC中使用Modbus TCP 链接，有关的使用接口都定义在【OpenPLC_v3\webserver】文件夹的monitoring.py文件中，各个接口的介绍如下：
2.1 class debug_var
记录上传的.st文件中定义所有的输入输出变量的name, location, type, value等信息
利用parse_st()函数可以解析提供的.st文件，提取变量信息，并根据条件将这些变量添加到debug_vars中
利用cleanup函数可以清空 debug_vars 列表中的内容，释放已存储的调试变量
2.2 class modbus_monitor
提供利用pymodbus监控变量的接口，具体如下：
-
modbus_monitor():- 作用：定期从 Modbus 设备读取调试变量的数据，并更新变量的值。
- 详细步骤：
- 遍历
debug_vars列表中的每个debug_var对象。 - 根据每个变量的位置（如
%IX,%QX,%IW等）判断其类型，执行相应的 Modbus 读取操作。 - 通过
mb_client对象与 Modbus 设备通信，读取对应的寄存器或内存值。 - 将读取到的值更新到
debug_data.value中。 - 如果
monitor_active为True，则每隔 0.5 秒递归调用modbus_monitor，实现持续监控，具体代码如下（感觉会导致出现pymodbus.exceptions.ConnectionException: Modbus Error: [Connection] ModbusTcpClient(127.0.0.1:502): Connection unexpectedly closed 0.000065 seconds into read of 8 bytes without response from unit before it closed connection）：
- 遍历
if (monitor_active == True):
threading.Timer(0.5, modbus_monitor).start()
-
start_monitor(modbus_port_cfg):- 作用：启动 Modbus 监控，初始化 Modbus 客户端并开始读取数据。
- 步骤：
- 判断是否已经在监控，如果没有，则初始化
ModbusTcpClient，并使用提供的端口配置连接到 Modbus 设备。 - 设置
monitor_active = True，表示监控已启动。 - 调用
modbus_monitor()开始监控。
- 判断是否已经在监控，如果没有，则初始化
-
stop_monitor():- 作用：停止 Modbus 监控，关闭 Modbus 客户端连接。
- 步骤：
- 判断当前是否正在监控，如果是，关闭 Modbus 客户端并将
monitor_active设置为False。
- 判断当前是否正在监控，如果是，关闭 Modbus 客户端并将
3 OpenPLC中关于启动modbus服务的介绍
在【OpenPLC_v3\webserver】文件夹的webserver.py文件中，runtime利用以下代码启动modbus服务：
openplc_runtime.start_modbus(int(row[1]))
而start_modbus方法的具体实现为：
def start_modbus(self, port_num):
return self._rpc(f'start_modbus({port_num})')
_rpc方法具体为：
def _rpc(self, msg, timeout=1000):
data = ""
if not self.runtime_status == "Running":
return data
try:
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect(('localhost', 43628))
s.send(f'{msg}\n'.encode('utf-8'))
data = s.recv(timeout).decode('utf-8')
s.close()
self.runtime_status = "Running"
except socket.error as serr:
print(f'Socket error during {msg}, is the runtime active?')
self.runtime_status = "Stopped"
return data
可以看出_rpc方法具体利用本机43628端口上运行的服务来启动modbus等一系列协议有关的服务，openplc中定义的modbus服务的端口是502，即port_num=502
4 OpenPLC中关于查看debug变量的代码
在【OpenPLC_v3\webserver】文件夹的webserver.py文件中，runtime利用以下代码启动获取监控的点位数据，以下代码位于“
@app.route('/monitoring', methods=['GET', 'POST'])
def monitoring():
”函数中，是部分截取：
if modbus_enabled == True:
monitor.start_monitor(modbus_port_cfg)
data_index = 0
for debug_data in monitor.debug_vars:
return_str += '<tr style="height:60px" onclick="document.location=\'point-info?table_id=' + str(data_index) + '\'">'
return_str += '<td>' + debug_data.name + '</td><td>' + debug_data.type + '</td><td>' + debug_data.location + '</td><td>' + debug_data.forced + '</td><td valign="middle">'
if (debug_data.type == 'BOOL'):
if (debug_data.value == 0):
return_str += '<img src="/static/bool_false.png" alt="bool_false" style="width:40px;height:40px;vertical-align:middle; margin-right:10px">FALSE</td>'
else:
return_str += '<img src="/static/bool_true.png" alt="bool_true" style="width:40px;height:40px;vertical-align:middle; margin-right:10px">TRUE</td>'
elif (debug_data.type == 'UINT'):
percentage = (debug_data.value*100)/65535
return_str += '<div class="w3-grey w3-round" style="height:40px"><div class="w3-container w3-blue w3-round" style="height:40px;width:' + str(int(percentage)) + '%"><p style="margin-top:10px">' + str(debug_data.value) + '</p></div></div></td>'
elif (debug_data.type == 'INT'):
percentage = ((debug_data.value + 32768)*100)/65535
debug_data.value = ctypes.c_short(debug_data.value).value
return_str += '<div class="w3-grey w3-round" style="height:40px"><div class="w3-container w3-blue w3-round" style="height:40px;width:' + str(int(percentage)) + '%"><p style="margin-top:10px">' + str(debug_data.value) + '</p></div></div></td>'
elif (debug_data.type == 'REAL') or (debug_data.type == 'LREAL'):
return_str += "{:10.4f}".format(debug_data.value)
else:
return_str += str(debug_data.value)
return_str += '</tr>'
data_index += 1
return_str += """
</table>
</div>
<input type='hidden' id='modbus_port_cfg' name='modbus_port_cfg' value='""" + str(modbus_port_cfg) + "'>"
return_str += pages.monitoring_tail
浙公网安备 33010602011771号