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用Python打通工业现场：手把手教你用pymodbus实时读取PLC线圈状态

在一条自动化产线上，设备是否运行、气缸有没有动作、报警灯亮没亮——这些看似简单的“是/否”问题，背后都依赖着一个关键环节：上位机如何准确获取PLC的实时状态？

传统方式往往依赖HMI面板或商业组态软件，但它们不够灵活、成本高、难以集成。而今天，我们换一种思路：用几行Python代码，直接与PLC对话。

本文将带你从零开始，使用纯Python实现的pymodbus库，通过Modbus TCP协议连接真实PLC（或模拟器），读取数字输出点（即“线圈”）的状态。整个过程无需专用开发环境，不依赖昂贵软件，适合树莓派、边缘网关甚至笔记本电脑部署。

你将获得一个可复用的数据采集模块，为后续构建监控系统、报警推送、数据记录打下坚实基础。

为什么选择 pymodbus？

在工业通信领域，Modbus 是当之无愧的“老前辈”。它简单、开放、兼容性极强，几乎每台现代PLC都原生支持。而pymodbus正是让Python成为Modbus主站（Master）的那把钥匙。

它不是某个大厂闭源工具的附属品，而是一个由社区驱动的开源项目（MIT许可），完全用Python编写，安装只需一行命令：

pip install pymodbus

更棒的是，它同时支持Modbus TCP（以太网）和Modbus RTU（串口），无论是西门子、三菱、欧姆龙还是国产PLC，只要启用了Modbus服务，就能连。

它到底能做什么？

• ✅ 作为客户端主动读写PLC数据
• ✅ 模拟PLC响应请求（用于测试）
• ✅ 支持功能码0x01~0x17，覆盖所有常见操作
• ✅ 内置日志系统，可以打印原始报文，调试超方便
• ✅ 提供同步和异步（asyncio）版本，适应不同场景

换句话说，你想知道PLC里某个继电器有没有吸合？想远程查看指示灯状态？甚至想做个轻量级SCADA前端？pymodbus都能帮你搞定。

线圈是什么？为什么先读它？

在线圈（Coil）是Modbus中最基础的数据类型之一，对应PLC的数字输出点（DO），比如控制电机启停的继电器、点亮警示灯的开关信号等。

每个线圈就是一个布尔值：
-True→ ON / 置位（Set）
-False→ OFF / 复位（Reset）

它的地址空间独立于其他变量，通常标记为Q0.0,Q0.1… 在Modbus中统一编号为0x0000 起始的连续地址区。

我们要做的第一件事，就是向PLC发送一个“读线圈”指令（功能码0x01），告诉它：“请把从地址X开始的N个线圈状态发给我”。

这个操作之所以适合作为入门实践，是因为：
- 数据结构最简单（只有true/false）
- 不涉及写操作，安全性高
- 报文短小，失败也容易排查
- 几乎所有PLC默认开启该功能

协议细节不用怕，我来拆给你看

很多人被“协议”两个字吓退，其实 Modbus TCP 的通信格式非常清晰。我们来看一次典型的“读8个线圈”的请求和响应。

请求报文长什么样？

当你的Python程序调用read_coils(0, 8)时，pymodbus会自动生成如下字节流：

总共12字节，通过Socket直接发往PLC的502端口。

PLC怎么回应？

如果一切正常，PLC返回如下响应：

这里的0xAA就是重点！转换成二进制是10101010，每一位代表一个线圈状态：

bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 1 0 1 0 1 0 1 0

所以第0、2、4、6位为ON，其余为OFF。

⚠️ 注意：pymodbus 在接收到这个字节后会自动解析成一个布尔列表response.bits，开发者无需手动位运算。

手把手写代码：连接PLC并读取线圈

下面这段代码，就是你通往工业通信世界的第一扇门。

from pymodbus.client import ModbusTcpClient import logging # 启用详细日志输出（调试时很有用） logging.basicConfig() log = logging.getLogger() log.setLevel(logging.INFO) # 可改为DEBUG查看完整报文 # ========== 配置参数 ========== PLC_IP = "192.168.1.100" # 替换为你的PLC实际IP PORT = 502 # Modbus标准端口 UNIT_ID = 1 # PLC的从站地址（Slave ID） COIL_START_ADDR = 0 # 起始线圈地址（如Q0.0） COIL_COUNT = 8 # 读取数量（最多2000个） def read_coils(): # 创建TCP客户端 client = ModbusTcpClient(host=PLC_IP, port=PORT, timeout=2) try: # 尝试建立连接 if not client.connect(): print("❌ 无法连接到PLC，请检查网络、IP或防火墙设置") return print(f"✅ 成功连接到PLC {PLC_IP}:{PORT}") # 发起读线圈请求（功能码0x01） response = client.read_coils( address=COIL_START_ADDR, count=COIL_COUNT, slave=UNIT_ID ) # 判断是否有错误 if response.is_error(): print(f"⚠️ Modbus错误响应: {response}") return # 提取线圈状态（返回的是位列表） coil_states = response.bits[:COIL_COUNT] # 截取所需长度 print("🔍 当前8个线圈状态:") for i, state in enumerate(coil_states): addr = COIL_START_ADDR + i print(f" Q{addr // 8}.{addr % 8} (地址{addr}): {'ON' if state else 'OFF'}") except Exception as e: print(f"🚨 程序异常: {e}") finally: # 无论成功与否，关闭连接 client.close() print("🔌 连接已关闭") if __name__ == "__main__": read_coils()

关键点解读：

• ModbusTcpClient：这是pymodbus提供的同步客户端类，适合脚本化任务。
• timeout=2：设置2秒超时，避免因网络问题导致程序卡死。
• slave=UNIT_ID：非常重要！很多初学者忘记设置这个参数，结果收不到响应。
• response.bits：核心数据字段，返回一个bool类型的列表，索引0对应起始地址。
• 异常处理与资源释放：确保即使出错也能安全断开连接。

实战常见坑点与避坑指南

别急着跑代码，先看看别人踩过的坑，你能省下至少半天时间。

❌ 坑1：地址对不上，明明Q0.0亮了却读不出来

原因：有些PLC厂商（尤其是日系品牌）在文档中标注“地址从1开始”，但pymodbus默认从0开始。

例如：
- PLC手册说“Q0.0 对应 Modbus地址 1”
- 你在代码中就必须写address=0（因为是从0计数）

👉解决方法：查阅PLC手册确认偏移规则，必要时做-1处理。

❌ 坑2：连接失败，提示“Connection refused”

可能原因：
- PLC未启用Modbus TCP服务
- IP地址填错或不在同一子网
- 防火墙阻止了502端口
- 使用了非标准端口（某些PLC可改）

👉排查步骤：
1. 用ping测试PLC是否可达；
2. 用telnet 192.168.1.100 502测试端口是否开放；
3. 登录PLC配置界面，确认Modbus已启用且监听正确IP。

❌ 坑3：偶尔读到乱码或超时

原因：轮询频率太高，PLC来不及响应。

👉建议：两次读取之间加延时，特别是多任务轮询时：

import time time.sleep(0.3) # 至少200ms以上

✅ 秘籍：开启调试日志，看清每一帧报文

当你怀疑通信有问题时，把日志级别调到DEBUG：

log.setLevel(logging.DEBUG)

你会看到类似这样的输出：

DEBUG:pymodbus.transaction:Current transaction state - IDLE DEBUG:pymodbus.transaction:Running transaction 1 DEBUG:pymodbus.client.sync:New Transaction state 'SENDING' DEBUG:pymodbus.transport:send: 0x1 0x0 0x0 0x0 0x0 0x6 0x1 0x1 0x0 0x0 0x0 0x8

最后那一串十六进制就是原始请求报文，可以直接拿去和Wireshark抓包对比，定位问题快准狠。

更进一步：不只是“读一下”

你现在拥有的不仅是一段脚本，而是一个可扩展的通信引擎。以下是几个实用升级方向：

🔁 自动轮询 + 状态变化检测

import time last_state = None while True: response = client.read_coils(0, 8) if not response.is_error(): current = response.bits[:8] if current != last_state: print("💡 状态发生变化:", current) last_state = current time.sleep(0.5)

可用于触发报警、记录事件时间戳。

💾 存入数据库或发送到Web API

import json import requests data = { "timestamp": time.time(), "coil_states": [bool(x) for x in coil_states] } requests.post("http://your-server/api/coils", json=data)

轻松接入自己的监控平台。

🔄 多PLC轮询（工厂级应用）

plcs = [ {"ip": "192.168.1.100", "unit_id": 1}, {"ip": "192.168.1.101", "unit_id": 2}, ] for plc in plcs: client = ModbusTcpClient(plc["ip"]) if client.connect(): res = client.read_coils(0, 8, slave=plc["unit_id"]) # 处理结果... client.close()

适用于多台设备集中监控。

总结：这不仅仅是个读状态的小脚本

你刚刚完成的，其实是打通IT与OT层的关键一步。

过去，工业控制属于“黑箱”，数据锁在PLC里，只能靠工程师现场查；而现在，借助像pymodbus这样的工具，你可以用最通用的语言（Python）去触达最底层的设备信号。

这段代码虽短，但它意味着：
- 你可以构建专属的轻量监控系统；
- 可以把PLC数据接入MySQL、InfluxDB、Grafana；
- 可以为老旧设备添加远程诊断能力；
- 甚至可以用树莓派+Python做一个低成本边缘网关。

更重要的是，你掌握了理解工业通信的本质逻辑——请求、响应、解析、处理。下一步无论是写寄存器、读模拟量、还是转用异步模式提升性能，都不再是难题。

如果你正在做智能制造、设备联网、工业物联网相关项目，不妨试试把这个小模块嵌入进去。也许下一次汇报时，你就可以自豪地说：

“我们的系统已经实现了对产线PLC的实时感知。”

而这一切，始于一段不到50行的Python代码。

💬欢迎在评论区分享你的应用场景或遇到的问题，我们一起讨论如何让工业通信变得更简单。