Modbus RTU — это открытый последовательный протокол, полученный от мастера / Подчиненная архитектура, первоначально разработанная Modicon (ныне Schneider Electric). Это широко распространенный протокол последовательного уровня благодаря простоте использования и надежности. Modbus RTU широко используется в системах управления зданием (BMS) и системах промышленной автоматизации (IAS).

Сообщения Modbus RTU представляют собой простую 16-битную структуру с CRC (Cyclic-Redundant Checksum). Простота этих сообщений заключается в обеспечении надежности. Благодаря этой простоте базовая структура 16-битных регистров Modbus RTU может использоваться для упаковки данных с плавающей запятой, таблиц, текста ASCII, очередей и других несвязанных данных.

Этот протокол в основном использует последовательные интерфейсы RS-232 или RS-485 для связи и поддерживается почти всеми имеющимися на рынке коммерческими программами SCADA, HMI, OPC Server и программным обеспечением для сбора данных.Это позволяет очень легко интегрировать Modbus-совместимое оборудование в новые или существующие приложения для мониторинга и управления.

Протокол Modbus можно назвать прародителем промышленных сетей. Он действительно стар, как холмы, и у него есть все основания доказывать это. В сегодняшнюю эпоху подключения к Интернету и веб-сервисов несвязанное сообщение Modbus и простая структура связи запрос-ответ выглядят почти странно. Почти такой же старый, как первый программируемый логический контроллер Modicon 084, который в те дни назывался ПК для программируемого контроллера.

Modbus RTU — это открытый стандарт, что означает, что производители могут встраивать его в свое оборудование без выплаты лицензионных отчислений. Это наиболее распространенный протокол связи в промышленной автоматизации и в настоящее время наиболее доступное средство подключения промышленных электронных устройств.

Modbus широко используется многими производителями во многих отраслях промышленности. Modbus обычно используется для передачи данных от контрольно-измерительной аппаратуры к логическому контроллеру или системе архивирования данных.Например, при автоматизации зданий температура и влажность часто передаются на компьютер для длительного хранения. Modbus часто используется для соединения диспетчерского компьютера с удаленным терминалом (RTU) в системах диспетчерского управления и сбора данных (SCADA).

Простота — причина такого широкого распространения Modbus. Не повредило и то, что Modbus был создан одним из крупнейших производителей ПЛК в то время и сделал его открытым и широко доступным.Modbus также требует очень мало места для кода процессора или оперативной памяти. Хотя сегодня это не так важно, учитывая доступные нам мощные процессоры и технологии, это было очень важно в первые годы промышленной автоматизации, когда в процессорах использовалась 8-битная технология, а такие ресурсы, как ОЗУ и ПЗУ, были чрезвычайно дорогими и дефицитными.

Проверка сообщений — еще одна причина популярности Modbus. Проверка CRC и LRC означает, что ошибки передачи проверяются с точностью до 99%.

Протокол Modbus RTU использует метод «ведущий / ведомый» для связи между устройствами. Это означает, что любое приложение, использующее протокол Modbus RTU, будет иметь ведущее устройство Modbus и хотя бы одно ведомое устройство Modbus. Modbus Master обычно представляет собой главный управляющий компьютер, на котором запущено программное обеспечение, которое будет взаимодействовать с одним или несколькими ведомыми устройствами Modbus.

Modbus обеспечивает связь Master / Slave между устройствами, подключенными через шины или сети.В модели OSI Modbus позиционируется на уровне 7. Modbus задуман как протокол запроса / ответа и предоставляет услуги, определенные кодами функций. Функциональные коды Modbus являются элементами PDU запросов / ответов Modbus (протокольных данных).

Чтобы создать блок данных приложения Modbus, клиент должен инициировать транзакцию Modbus. Это функция, которая информирует сервер о том, какое действие следует выполнить. Формат запроса, инициированного мастером, устанавливается протоколом приложения Modbus.Поле кода функции затем кодируется в один байт. Только коды в диапазоне от 1 до 255 считаются действительными, а 128–255 зарезервированы для ответов об исключениях. Когда мастер отправляет сообщение подчиненному, именно поле кода функции информирует сервер о том, какое действие следует выполнить.

Нравится то, что вы читаете?

Подпишитесь на нашу серию электронных писем Automation Education, чтобы изучать все тонкости ведущих промышленных протоколов в еженедельном формате размером в байт!

Чтобы определить несколько действий, к некоторым функциям будут добавлены коды подфункций.Например, Мастер может считывать состояния ВКЛ / ВЫКЛ группы дискретных выходов или входов. Он также может читать / записывать содержимое данных группы регистров MODBUS. Когда ведущее устройство получает ответ ведомого, ведомое устройство использует поле кода функции для указания либо безошибочного ответа, либо ответа-исключения. Ведомое устройство откликается на запрос исходного кода функции в случае нормального ответа.

Как и все остальное в Modbus, представление данных простое.Фактически, данные представлены в Modbus проще, чем в любом другом промышленном протоколе, который вы когда-либо найдете. Первым отправляется и принимается бит наименьшей важности. Все устройства в сети должны аналогичным образом интерпретировать каждый передаваемый байт.

Нет методов автоматического распознавания скорости передачи данных. Одна и та же скорость передачи данных должна использоваться ведомыми устройствами и ведущими устройствами, подключенными к шине. Modbus не указывает конкретную скорость передачи: типичные скорости передачи — 9600 или 19200 бод.

В Modbus всего два типа данных: катушки и регистры. Катушки — это просто отдельные биты. Биты могут быть включены (1) или выключены (0). Некоторые катушки представляют собой входы, то есть они содержат состояние некоторого физического дискретного входа. Или они представляют собой выходы, что означает, что они содержат состояние некоторого физического дискретного выходного сигнала. Регистры — это просто 16-разрядные данные регистров без знака.Регистры могут иметь значение от 0 до 65535 (от 0 до шестнадцатеричного FFFF). Нет представления для отрицательных значений, нет представления для значений, превышающих 65535, и нет представления для реальных данных, таких как 200.125.

Регистры сгруппированы во входные регистры и регистры временного хранения. Как и входные катушки, входные регистры сообщают о состоянии некоторого внешнего входа в виде значения от 0 до 65535. Первоначальная цель входного регистра заключалась в том, чтобы отразить значение некоторого аналогового входа. Это цифровое представление аналогового сигнала, такого как напряжение или ток.Большинство современных устройств Modbus не являются устройствами ввода-вывода, и входные регистры просто функционируют идентично регистрам временного хранения.

Регистры временного хранения изначально были разработаны как временное хранилище программ для таких устройств, как контроллеры Modbus. Сегодня регистры временного хранения служат хранилищем данных для устройств.

Пакеты Modbus RTU предназначены только для отправки данных; у них нет возможности отправлять такие параметры, как имя точки, разрешение, единицы измерения и т. д. Если возможность отправлять такие параметры необходима, следует исследовать BACnet, EtherNet / IP или другие современные протоколы.

Стандартные адреса узлов Modbus RTU — 1-255, где 0 зарезервирован для широковещательных сообщений и только для записи. Однако адрес 0 используется редко, поскольку нет подтверждения того, что сообщение было правильно получено на подчиненном узле. Это не сильно повлияет, если вашим физическим уровнем является RS-232, поскольку в любом случае может быть реализован только один узел. RS-485 ограничивает количество узлов до 32, хотя некоторые драйверы позволяют увеличить это количество.

Последовательные подчиненные устройства Modbus идентифицируются по номеру станции, который предшествует общей структуре сообщения. Как правило, поддерживается до 32 станций, поскольку это ограничение, накладываемое большинством драйверов последовательного интерфейса RS485. Программного ограничения на количество поддерживаемых станций нет. Действительные адреса Slave назначаются в диапазоне от 1 до 255 с номером станции 0, зарезервированным для широковещательных сообщений, сообщений, обрабатываемых всеми Slaves.

Существует несколько стандартных транспортных средств, используемых для передачи сообщений протокола Modbus: RS232 и RS485.Вы можете использовать другие, но это самые распространенные.

RS485 является преемником RS232. Он работает аналогичным образом в отношении битов синхронизации, которые синхронизируют передачу битов от передающей станции к принимающей. Однако есть две определяющие характеристики, которые отличают RS485 от RS232. Во-первых, это возможность управлять несколькими пунктами назначения. Передатчики RS485 могут электрически сигнализировать до 32 устройств назначения. Это делает RS485 предпочтительным способом последовательной передачи сообщений Modbus.

Другой определяющей характеристикой RS485 является повышенная помехоустойчивость. RS485 не использует общую электрическую цепь в качестве опорного электрического сигнала. Вместо этого RS485 использует пару проводов и передает сигнал, устанавливая потенциал напряжения на паре. При этом любой электрический шум окружающей среды в равной степени влияет на оба провода, и потенциал на двух проводах не изменяется.

Механизм кодирования описывает, как битовые комбинации формируются из значений управления и данных, которые закодированы в пакет.И отправитель, и получатель должны использовать одну и ту же кодировку, чтобы правильно понимать содержимое данных. Существует два механизма кодирования сообщений Modbus: ASCII и RTU.

Кодирование RTU — гораздо более распространенный механизм кодирования, используемый в Modbus. RTU просто означает, что значения кодируются как стандартный двоичный код с прямым порядком байтов. Это означает, что в случае 16-битных значений старший значащий байт (MSB) кодируется до младшего значащего байта (LSB). 8-битное значение, такое как десятичное число 41 (29 шестнадцатеричное), кодируется просто как 0010 1001.В то время как 16-битное значение, такое как десятичное 300 (шестнадцатеричное 12C), кодируется как 0000 0001 0010 1100. MSB 01 кодируется и передается до LSB 2C.

Основное различие между Modbus RTU и Modbus TCP (также известное как Modbus IP, Modbus EtherNet и Modbus TCP / IP) заключается в том, что Modbus TCP работает на физическом уровне Ethernet. и Modbus RTU — это протокол последовательного уровня.Modbus TCP также использует 6-байтовый заголовок для маршрутизации.

Ведущее устройство Modbus RTU — это отдельная ведущая шина. Он отправляет сообщение ведомому устройству RTU и получает ответ. Modbus RTU ограничен одним ведущим устройством. По каналу RS485 одновременно может быть только один набор сигналов. Либо один RTU Master передает, либо одно из клиентских устройств RTU передает.

С появлением Modbus TCP все стало проще и проще. С Modbus TCP контроллеры могут гораздо более эффективно использовать полосу пропускания Ethernet, чтобы быть ведущим для сотен устройств Modbus TCP.Modbus TCP позволяет использовать несколько клиентов. Если у RS485 было электрическое ограничение в 32 устройства, у Ethernet не было ограничений. Операционная RAM — единственное практическое ограничение. С Modbus TCP у проектировщика сети есть возможность использовать несколько клиентов / мастеров, если они того пожелают.

Для Modbus TCP (Ethernet) вам потребуется дорогостоящий коммутатор. С Modbus RTU (последовательный) вы можете просто последовательно подключить все устройства вместе. Устройства со старыми 8-битными процессорами и небольшим объемом памяти могут легко использовать последовательный протокол Modbus, но для работы с Ethernet вам потребуется более дорогая платформа.

Основатель Real Time Automation Джон С. Ринальди написал целую книгу о Modbus? Ознакомьтесь с The Everyman’s Guide to Modbus , доступным сейчас на Amazon!

Для получения дополнительной информации о наших продуктах и ​​услугах Modbus RTU позвоните по телефону 1-800-249-1612 или напишите нам по адресу [email protected].

Хотите добавить Modbus RTU в свой проект?

См. Решения Modbus RTU

Хотите эту страницу в формате PDF? Кликните сюда!

Modbus FAQ

Часто задаваемые вопросы по Modbus: Об организации Modbus

Кто такая организация Modbus?

Организация Modbus — это независимая некоммерческая организация, состоящая из членов (действующая как бизнес-лига в соответствии с налоговым кодексом США 501 (c) 6).Это группа независимых пользователей и поставщиков устройств автоматизации, которая стремится стимулировать внедрение набора протоколов связи Modbus и эволюцию архитектур для распределенных систем автоматизации в различных сегментах рынка. Организация Modbus предоставляет инфраструктуру для получения и обмена информацией о протоколах, их приложениях и сертификации устройств, чтобы упростить внедрение пользователями. Организация Modbus и входящие в нее компании будут способствовать развитию протокола Modbus TCP / IP.

Каковы отношения между Modbus, Modbus Organization и Schneider Electric?

Modicon, сегодня Schneider Electric, представила на рынке протокол Modbus в 1979 году. Schneider Automation поддерживала и обслуживала сайт Modbus в прошлом. Понимая важную роль, которую он должен играть на рынке, Schneider Electric помог в создании независимой организации сообщества разработчиков и пользователей: The Modbus Organization.

Могу ли я присоединиться к организации Modbus?

Частным лицам и организациям предлагается присоединиться к организации Modbus. В приложении указаны категории членства и соответствующие им преимущества и обязанности. Свяжитесь с нами, если у вас возникнут вопросы.

Есть ли какие-либо отрасли, которым может быть выгодно использование протокола Modbus?

Modbus не является отраслевым и используется во многих отраслях.Общий знаменатель — это структура обмена сообщениями, которую поддерживают все устройства. В ответ на запросы клиентов полупроводниковая промышленность внедрила стандарт сетевой связи и протокол обмена объектами с использованием Modbus TCP / IP. Это позволяет датчикам, совместимым с SEMI Sensor Bus, связываться друг с другом с помощью Modbus TCP / IP.

Modbus FAQ: О протоколе

Что такое протокол Modbus ®?

— это структура обмена сообщениями, разработанная Modicon в 1979 году.Он используется для установления связи клиент-сервер между интеллектуальными устройствами. Это стандарт де-факто, действительно открытый и наиболее широко используемый сетевой протокол в промышленной производственной среде. Он был реализован сотнями поставщиков на тысячах различных устройств для передачи дискретных / аналоговых входов / выходов и регистрации данных между устройствами управления. Это лингва-франка или общий знаменатель для разных производителей. В одном из отчетов это было названо «стандартом де-факто в интеграции мультивендоров».По данным отраслевых аналитиков, только в Северной Америке и Европе имеется более 7 миллионов узлов Modbus.

Где используется Modbus ®?

Modbus используется в нескольких клиент-серверных приложениях для мониторинга и программирования устройств; для связи между интеллектуальными устройствами и датчиками и приборами; для мониторинга полевых устройств с помощью ПК и человеко-машинного интерфейса. Modbus также является идеальным протоколом для приложений RTU, где требуется беспроводная связь. По этой причине он используется в бесчисленных газовых и нефтяных системах и на подстанциях.Но Modbus — это не только промышленный протокол. Приложения для строительства, инфраструктуры, транспорта и энергетики также используют его преимущества.

Что такое протокол Modbus TCP / IP?

TCP / IP — это общий транспортный протокол Интернета, который на самом деле представляет собой набор многоуровневых протоколов, обеспечивающих надежный механизм передачи данных между машинами. Ethernet стал де-факто стандартом корпоративных корпоративных систем, поэтому неудивительно, что он также де-факто стал стандартом для заводских сетей.Ethernet — не новая технология. Он созрел до такой степени, что стоимость внедрения этого сетевого решения снижается до уровня, соизмеримого со стоимостью современных полевых шин.

Использование Ethernet TCP / IP на заводе обеспечивает полную интеграцию с корпоративной внутренней сетью и системами MES, которые поддерживают завод. Чтобы перевести Modbus в XXI век, в 1999 году была разработана открытая спецификация Modbus TCP / IP. Спецификация протокола и руководство по реализации доступны для загрузки (www.modbus.org/specs).

Сочетая универсальную, масштабируемую и повсеместную физическую сеть (Ethernet) с универсальным сетевым стандартом (TCP / IP) и независимым от производителя представлением данных, Modbus дает действительно открытую и доступную сеть для обмена данными процесса. Его легко реализовать для любого устройства, поддерживающего сокеты TCP / IP.

Где используется Modbus TCP / IP?

Modbus TCP / IP стал повсеместным благодаря своей открытости, простоте, низкой стоимости разработки и минимальному количеству оборудования, необходимого для его поддержки.На рынке доступно несколько сотен устройств Modbus TCP / IP, и с каждым годом их становится все больше. Он используется для обмена информацией между устройствами, мониторинга и программирования их. Он также используется для управления распределенным вводом-выводом, являясь предпочтительным протоколом для производителей устройств этого типа.

Почему я должен использовать Modbus TCP / IP?

Когда дело доходит до выбора сети для вашего устройства, Modbus TCP / IP предлагает несколько существенных преимуществ:

• Простота: Modbus TCP / IP просто берет набор команд Modbus и обертывает вокруг него TCP / IP.Если у вас уже есть драйвер Modbus и вы разбираетесь в разъемах Ethernet и TCP / IP, вы можете запустить драйвер и разговаривать с ПК через несколько часов. Затраты на разработку исключительно низкие. Требуется минимум оборудования, а разработка проста в любой операционной системе.
• Стандартный Ethernet: Никаких экзотических наборов микросхем не требуется, и вы можете использовать стандартные Ethernet-карты ПК для связи с вашим недавно созданным устройством. По мере снижения стоимости Ethernet вы получаете выгоду от снижения цены на оборудование, а по мере повышения производительности с 10 до 100 Мбайт, а вскоре и до 1 Гбайт, ваша технология перемещается вместе с ней, защищая ваши вложения.Вы больше не привязаны к одному поставщику для поддержки, но получаете выгоду от тысяч разработчиков, которые делают Ethernet и Интернет сетевыми инструментами будущего. Эти усилия были своевременно дополнены назначением известного порта 502 Ethernet для протокола Modbus TCP / IP.
• Открыт: Протокол Modbus был передан от Schneider Electric к Modbus Organization в апреле 2004 года, что свидетельствует о приверженности открытости. Спецификация доступна для бесплатной загрузки, и для использования протоколов Modbus или Modbus TCP / IP не требуется дополнительных лицензионных сборов .Дополнительные примеры кода, примеры реализации и средства диагностики доступны в наборе инструментов Modbus TCP, бесплатном преимуществе для членов организации Modbus и доступны для покупки лицами, не являющимися членами
• Доступность множества устройств: Взаимодействие между устройствами разных производителей и совместимость с большим количеством установленных устройств, совместимых с Modbus, делают Modbus отличным выбором.

Как реализовать устройство Modbus TCP / IP?

Чтобы реализовать устройство Modbus® TCP / IP, загрузите с веб-сайта спецификацию протокола Modbus TCP / IP и руководство по реализации Modbus TCP / IP.Вам также необходимо понимать основы реализации драйвера TCP. Для тестирования вашего драйвера вам понадобится как минимум два устройства: сервер и клиент для обмена информацией. Это могут быть два компьютера, которые разговаривают друг с другом с помощью стандартных карт Ethernet, или компьютер, взаимодействующий с датчиком или устройством со встроенным микрокомпьютером.

Могу ли я использовать Modbus TCP / IP через Интернет?

Modbus TCP / IP — это Интернет-протокол. Тот факт, что TCP / IP является транспортным протоколом Интернета, автоматически означает, что Modbus TCP / IP может использоваться в Интернете.Он был разработан для достижения этой цели. На практике это означает, что к устройству Modbus TCP / IP, установленному в Европе, можно обращаться через Интернет из любой точки мира. Последствия для поставщика оборудования или конечного пользователя безграничны. Выполнение технического обслуживания и ремонта удаленных устройств с помощью ПК и браузера сокращает расходы на поддержку и улучшает обслуживание клиентов. Вход в систему управления заводом из дома позволяет инженеру по техническому обслуживанию максимально увеличить время безотказной работы своей установки и сократить время нахождения в поле.Управление географически распределенными системами становится простым благодаря коммерчески доступным интернет-технологиям / интранет-технологиям.

Могут ли существующие устройства Modbus обмениваться данными через Modbus TCP / IP?

Поскольку Modbus TCP / IP — это просто протокол Modbus с оболочкой TCP, для существующих устройств Modbus очень просто обмениваться данными через Modbus TCP / IP. Устройство шлюза требуется для преобразования текущего физического уровня (RS232, RS485 или других) в Ethernet и преобразования протокола Modbus в Modbus TCP / IP.Такое шлюзовое устройство может быть реализовано с помощью ПК. Коммерческие продукты для этого доступны от нескольких производителей. База данных устройств Modbus может помочь вам идентифицировать шлюзы и другие устройства Modbus.

Какой производительности я могу ожидать от системы Modbus TCP / IP?

Производительность зависит от сети и оборудования. Если вы используете Modbus TCP / IP через Интернет, вы не получите лучшего времени отклика, чем обычно.Однако при общении в целях отладки и обслуживания этого может быть вполне достаточно, и вам не придется садиться на самолет или ехать на место в воскресенье утром!

Для высокопроизводительной интрасети с высокоскоростными коммутаторами Ethernet, гарантирующими производительность, ситуация совершенно иная. Теоретически Modbus TCP / IP передает данные с эффективностью до 250 / (250 + 70 + 70) или около 60% при массовой передаче регистров. Поскольку 10BaseT Ethernet передает необработанные данные примерно на 1,25 Мбит / с, теоретическая пропускная способность равна 1.25M / 2 * 60% = 360000 регистров в секунду, а скорость 100BaseT в 10 раз больше.

Предполагается, что вы используете устройства, которые могут обслуживать Ethernet со скоростью, соответствующей доступной полосе пропускания. Практические испытания, проведенные Schneider Electric с использованием ПЛК MOMENTUM ™ Ethernet с вводом-выводом Ethernet, показали, что в секунду можно сканировать до 4000 баз ввода-вывода, причем каждая база ввода-вывода имеет до 16 12-битных аналоговых вводов-выводов или 32 дискретных входа / выхода. Четыре базы могут быть обновлены за одну миллисекунду. Хотя это ниже теоретического предела, рассчитанного выше, помните, что тестируемое устройство работало только с процессором 80186, работающим на частоте 50 МГц с эффективной вычислительной мощностью 3 MIPS (по сравнению с 700 MIPS для Pentium 500 МГц).Тем не менее, эти результаты быстрее, чем используемые до сих пор проприетарные методы сканирования ввода-вывода. По мере того, как недорогие процессоры становятся менее дорогими, устройства типа Momentum будут преследовать теоретический предел, хотя они никогда не достигнут его, потому что предел будет и дальше отодвигаться с помощью 1 Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet и т. Д. Сравните это с другие полевые шины, которые по своей природе застревают на одной скорости.

Как получить поддержку Modbus и Modbus TCP / IP?

Если вы приобрели продукт, поддерживающий какой-либо протокол Modbus, вам следует обратиться за поддержкой к поставщику этого продукта.Если у вас есть общий вопрос относительно протокола Modbus, используйте дискуссионные форумы Modbus, чтобы получить ответ. Организация Modbus пока не предлагает техническую поддержку.

Авторские права © 2005-2021 Modbus Organization, Inc. PO Box 628 Hopkinton, MA 01748. Все права защищены.

Используя Modbus.org, вы принимаете условия нашего посетителя соглашение и политика конфиденциальности.

RTU против TCP против ASCII

Modbus — это протокол связи для передачи данных между двумя или более устройствами.Он был разработан в 1979 году для использования с программируемыми логическими контроллерами (ПЛК). Сейчас он широко используется для подключения многих типов промышленных электронных устройств к разным типам сетей.

Modbus Разъяснение: что такое Modbus?

Протокол связи Modbus — широко используемый протокол в системах диспетчерского управления и сбора данных (SCADA). Он широко используется для ряда своих ключевых преимуществ, включая следующие:

• Это протокол с открытым исходным кодом. Он может быть включен в широкий спектр типов устройств от любого поставщика оборудования.
• Он использует простую структуру сообщений, что упрощает развертывание. Для его реализации может потребоваться всего несколько дней, что сэкономит месяцы работы. Нет необходимости изучать и развертывать другие протоколы.
• Он перемещает необработанные слова и биты и имеет очень мало ограничений.
• Это протокол опроса, при котором центральный мастер запрашивает у каждого устройства информацию о состоянии в последовательном цикле.

Для устройств с большим количеством входных регистров (более нескольких сотен) вы выиграете от главного устройства, которое может отдавать приоритет более важным регистрам над менее важными.

Системы Modbus гибки

Как и большинство протоколов системы удаленного мониторинга, Modbus следует модели ведущий / ведомый, но устройства обычно называются запросчиками / ответчиками соответственно. Система будет состоять из RTU, который опрашивает (или опрашивает) устройство для получения данных и информации о тревоге. Удаленный терминал (RTU) также может сообщить устройству Modbus, когда и какие команды выполнять.

Даже формат данных гибкий. Устройства хранят важные значения различных типов данных в различных 16-битных регистрах.Регистр может содержать одно аналоговое значение, набор двоичных значений или что-то еще. Для простоты представьте себе базу данных или электронную таблицу с двумя столбцами: один столбец содержит имя регистра, а другой столбец содержит значение регистра. Это действительно все регистры хранения, и вы настроите RTU для сбора данных только из тех регистров, которые вам нужны.

Производители могут использовать любое количество форматов (полей кода функции Modbus) в соответствии с функциями своих устройств.Если вашему устройству мониторинга требуется информация для представления оператору-человеку, целевое устройство будет читать регистры временного хранения для получения данных.

Два канала: Modbus RTU против Modbus TCP / IP

Данные Modbus могут передаваться по двум каналам — по последовательной связи или по сетевому соединению. Эта гибкость является частью неизменной привлекательности Modbus.

Существует два типа последовательных протоколов Modbus: RS-232 и RS-485. Modbus RS-232 обеспечивает одновременный полнодуплексный поток данных.Modbus RS-485 является полудуплексным и отображает значения с помощью разницы в напряжении.

Сообщения Modbus также можно отправлять через Ethernet или TCP / IP. Эти сообщения Modbus упаковываются в виде пакетов с одним битом или 16-битным словом.

Modbus не является частью физического уровня в сети, как с некоторыми другими протоколами. Сообщения передаются поверх физических уровней, что позволяет использовать их во многих различных типах сетей. Это свойство нефизического уровня делает Modbus протоколом SCADA прикладного уровня.

Реальный пример: использование Modbus для отслеживания состояния вашего генератора

Modbus используется многими устройствами, включая большинство современных генераторов. На этой схеме посредническое устройство преобразует Modbus в другой протокол, SNMP.

В этом видео вы увидите несколько простых шагов, как контролировать свой генератор с помощью Modbus. Начнем опрос данных с резервного генератора (пропан / дизель). В этом примере используется веб-интерфейс устройства удаленного мониторинга NetGuardian DIN.

Два варианта: Modbus RTU против Modbus ASCII

Существует два варианта стандартного протокола Modbus: ASCII Modbus против Modbus RTU. Протокол Modbus RTU более компактен и использует двоичную связь. В этом формате за сообщением всегда следует контрольная сумма циклического контроля избыточности, которая используется для обнаружения проблем передачи.

Второй вариант — протокол Modbus ASCII. Эта версия более подробна и использует символы ASCII, которые могут быть прочитаны операторами.Другой тип контрольной суммы, контрольная сумма продольного избыточного кода, имеет место после передачи данных ASCII. ASCII — менее безопасный из двух вариантов.

Поскольку он также менее эффективен, чем вариант RTU, операторам не следует использовать его в качестве альтернативного варианта. Используйте только Modbus ASCII для передачи данных на устройства, которые не поддерживают формат RTU.

Modbus — это протокол опросчика / ответчика

Обмен данными по Modbus осуществляется между централизованным опросчиком и до 247 подключенных электронных устройств в одной сети.Дизайн обычно называют протоколом «ведущий / ведомый».

Системный запросчик запрашивает информацию от подключенных устройств Modbus, которые называются ответчиками. Отвечающие устройства отправляют информацию запросчику только в ответ на эти запросы и не инициируют сообщения сами. Запросчик также может записывать информацию на отвечающие устройства, но отвечающие устройства не могут записывать информацию на ведущее устройство.

Когда адрес ответчика передает сообщение на запросчик Modbus, он начинает сообщение с уникального идентификатора адреса.Это число в диапазоне от 1 до 247. Это позволяет запросчику определить, какое конкретное устройство отвечает с запрошенной информацией.

Регистры временного хранения Modbus Сохраняют ключевые значения

Регистры Modbus форматируются в соответствии с одним из нескольких «функциональных кодов» на основе содержащихся данных. У вас может быть аналоговое значение уровня топлива, сохраненное как 8-битное целое число. Вместо этого регистр может использовать те же 8 бит для хранения 8 различных двоичных значений (открытая дверь, сбой питания и т. Д.)) в растровом изображении.

Диспетчерский контроль и сбор данных могут принимать разные формы

Как и любые устройства SCADA, официальная функция Modbus «сбор данных» может быть разной.

Самая распространенная вещь, о которой вы, вероятно, думаете, — это внешний датчик. У вас есть процесс, связанный с нагревом, поэтому вы ставите рядом с ним датчик температуры. У вас герметичная камера, поэтому вы добавляете датчик давления.

Но это не единственный способ получить данные. Многие устройства осуществляют самоконтроль и отправляют отчеты через Modbus; и генераторы — отличный пример.Они контролируют собственный уровень топлива, температуру, давление и многое другое.

Наконец, есть синтезированные регистры, которые зависят от программных значений, таких как таймеры и вычисления. «Время с момента последнего обслуживания», возможно, можно было бы отследить как аналоговое значение. У некоторых генераторов есть более 1000 регистров для опроса. Большинство из них не являются показаниями физического датчика.

Помните передовой опыт SCADA — независимо от протокола

Независимо от того, какой протокол вы выберете для использования, имейте в виду несколько важных моментов:

Всегда сосредотачивайтесь на открытых протоколах, которые не заставят вас заполучить нелепые лицензионные сборы.Прочитав эту статью, вы уже сделали один шаг в правильном направлении.

Открытые стандарты позволяют позже выбрать нового производителя. Закрытые протоколы, написанные одним производителем, этого не допустят.

Также обратите внимание на устройства, которые поддерживают несколько протоколов. Вы всегда должны максимально стандартизировать, потому что что-то БУДЕТ придумать. Не соглашайтесь на мастера, если у него есть только программное обеспечение Modbus SCADA, если у вас есть другие устройства, использующие другие протоколы, такие как SNMP или DNP3.T / Mon LNX — отличный пример мастера, говорящего по нескольким протоколам.

Потратьте время на оценку производителей

Любая система SCADA, которую вы выберете, окажет большое влияние на ваш беспилотный объект. Ваши операции важны, и SCADA защищает их. Вот почему нужно выбирать производителя с опытом работы. Разумным вариантом могут быть крупные компании, но иногда они слишком велики, чтобы заботиться о вас, если вы тоже не огромны или не готовы выложить кучу денег за решение.

Проверенные поставщики, которые уделяют особое внимание вашим потребностям, могут быть отличными. Ищите команду, которая предоставит бесплатную техническую поддержку, и которая не передает свою техническую поддержку на аутсорсинг.

Спросите любого торгового представителя, с которым вы разговариваете, можно ли изменить дизайн или добавить новые функции, которые вам нужны. Что, если вам понадобится что-то неожиданное, они найдут для вас решение? Отличным условием для этого является то, есть ли у компании собственные инженеры. Устройства, произведенные за рубежом и проданные только в вашей стране, могут стать проблемой.

В идеале, ваш производитель SCADA имеет строгий контроль над проектированием, производством, продажами и поддержкой. Это бесценный инструмент для решения проблем, которые вы не можете предсказать.

Выполняйте домашнюю работу с помощью этих руководств

Чем больше вы знаете о шине Mod и SCADA, тем ценнее вы будете для своей компании.

Вы также можете прочитать о T / Mon Alarm Master, если вы сейчас оцениваете решения. Наконец, продолжайте изучать технологии с помощью статьи RS485 / RS232 ниже.

Сопутствующие товары:

• T / Mon LNX: пример протокола Modbus для главной станции

Связанные темы:

Организация Modbus

Организация Modbus заменяет главный-подчиненный на клиент-сервер
Организация Modbus Попечительский совет объявляет, что он исключает все случаи использования несоответствующего языка парадигмы запросов и ответов в коммуникациях Modbus.Все упоминания «господин-раб» в литературе организации и на ее веб-сайте будут удалены.
Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию …

Безопасность Modbus — новый протокол для повышения безопасности системы управления
Новый протокол обеспечивает надежную защиту за счет сочетания безопасности транспортного уровня (TLS) с традиционным протоколом Modbus. Загрузите бесплатную копию спецификации на http://modbus.org/tech.php.
Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию …

Граничный ввод / вывод Groov RIO® Ethernet в Opto 22 поставляется с поддержкой PID, SSH и LDAP
Вскоре после первого запуска Groov RIO в начале 2020 года Opto 22 расширилась. удаленный ввод / вывод, возможности подключения и функции безопасности его периферийного модуля ввода / вывода с выпуском его версии 3.0 прошивка.
Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию …

Phoenix Contact выпускает серию неуправляемых коммутаторов с новыми возможностями
FL SWITCH 1000 поддерживает автоматическую приоритизацию протокола (APP), что упрощает приоритизацию важного трафика. Критически важные промышленные коммуникации, такие как Ethernet / IP, PROFINET, Modbus / TCP и BACnet, сначала передаются по сети.
Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию …

Новая карта PCI Express Hilscher формата M.2 поддерживает полевые шины и Ethernet-сети реального времени
В основе M.2 2230 — это отмеченный наградами чип многопротокольной связи netX 90 от Hilscher. Пользователи карты M.2 могут выбрать загружаемое микропрограммное обеспечение для устройства ввода-вывода PROFINET, адаптера EtherNet / IP, EtherCAT и OpenModbus / TCP.
Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию …

Представляем новый бренд универсальных входных дисплеев Vertu ™ от Acromag
Эти приборы сочетают в себе функцию цифрового индикатора панельного счетчика с дополнительным формированием сигнала для выхода передатчика 4-20 мА и / или аварийного отключения твердотельные реле.Большие яркие цифры размером 1,2 дюйма (31 мм) хорошо видны издалека даже при ярком солнечном свете. Также поддерживается Modbus RTU.
Щелкните здесь для получения дополнительной информации …

Продлите срок службы вашей устаревшей системы DCS, получив доступ к устройствам FOUNDATION Fieldbus через Modbus
Универсальное устройство связи и шлюз Modbus от Softing (FG-200) объединяет до четырех FOUNDATION ™ Fieldbus (FF) h2 подключается к системам управления, поддерживающим HSE или Modbus.
Щелкните здесь для получения дополнительной информации…

Fieldbus International выпускает адаптер WirelessHART с интерфейсом Modbus RTU: T910.
T910 позволяет передавать до 8 переменных устройства (с плавающей запятой или целых чисел) и обширный массив индикаторов состояния устройства, передаваемых от устройства Modbus по сети WirelessHART.
Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию …

Сетевые поворотные энкодеры AMCI могут похвастаться новыми функциями
Сетевые абсолютные угловые энкодеры Advanced Micro Controls Inc. (AMCI) NR60E2 теперь включают интерфейс Profinet, технологию E2, ступичный вал (слепой) Вал) Вариант и агрегаты из нержавеющей стали.
Щелкните здесь для получения дополнительной информации …

Weinzierl предлагает мощный и компактный шлюз KNX для Modbus
Устройство позволяет интерпретировать и масштабировать данные Modbus в соответствии с типами точек данных стандарта KNX. Его можно использовать как клиент или сервер Modbus.
Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию …

AMCI выпускает встроенный серводвигатель SV160E2
Серводвигатель SV160E2 включает в себя встроенный двухпортовый переключатель с возможностью подключения EtherNet / IP, Modbus TCP и Profinet, а также простую настройку производительности , динамическое управление крутящим моментом, безопасное отключение крутящего момента (опционально), виртуальный следящий механизм, абсолютная обратная связь энкодера, встроенный веб-сервер, совместимые наборы шнуров и многое другое.
Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию …

Softing представляет решения для связи для обрабатывающей промышленности
Семейство продуктов smartGate компании Softing поддерживает пользователей в интеграции разнородных протоколов, обеспечивает сквозной обмен цифровыми данными и обеспечивает большую эффективность и гибкость в работе. производство.
Щелкните здесь для получения дополнительной информации …

Applied Motion Products предлагает компактные шаговые двигатели с высоким крутящим моментом для приложений с ограниченным пространством
Компактные шаговые двигатели типоразмеров 8, 11 и 14 NEMA отлично подходят для приложений с ограниченным пространством, таких как медицина устройства, 3D-принтеры, аналитические и медицинские инструменты, текстильное оборудование, оборудование для автоматизации лабораторий, оборудование для наблюдения, элементы управления камерами и многое другое.Новое семейство шаговых приводов STF совместимо с Modbus и предлагает встроенное программирование и сетевую связь.
Щелкните здесь для получения дополнительной информации …

Microflex представляет новый интеллектуальный светодиодный индикатор процесса
Новые сигнальные башни являются недорогой и простой в использовании альтернативой магнитным индикаторам уровня. В электронных линейчатых дисплеях Microflex используются многоцветные светодиоды для обеспечения гибкости настройки датчика, который можно использовать для визуализации практически любого значения данных процесса.
Щелкните здесь для получения дополнительной информации…

Applied Motion Products представляет новую линейку компактных и мощных цифровых сервоприводов
Новая линейка цифровых сервоприводов SV200 для приложений управления движением с питанием от постоянного тока устраняет требования к компонентам преобразования энергии и снижает затраты за счет использования нескольких сервоприводов. оси для получения энергии от одного источника постоянного тока.
Щелкните здесь для получения дополнительной информации …

Modbus — Kvaser — Расширенные решения CAN

Modbus — это протокол последовательной связи, используемый для передачи информации между электронными устройствами по последовательным линиям или Ethernet.Первоначально он был опубликован компанией Modicon (ныне Schneider Electric) в 1979 году для использования с ПЛК. С 1979 года это стандарт de facto для последовательной передачи данных промышленной электроники в области управления технологическими процессами и автоматизации. Schneider Electric поддерживал и поддерживал проект Modbus в прошлом. Организация Modbus — это независимая организация разработчиков и пользователей, созданная при активном содействии Schneider Electric и образованная в связи со стратегической ролью Modbus на промышленном рынке.Протокол Modbus был передан от Schneider Electric к Modbus Organization в 2004 году, что сделало протокол открытым и бесплатным для использования.

Modbus RTU (удаленный терминал) и Modbus ASCII используются для последовательной связи, а Modbus TCP используется для Ethernet. Modbus определяет и использует модель связи «ведущий / ведомый», и в стандартной сети Modbus будет один ведущий и до 247 ведомых устройств, каждое из которых будет иметь уникальный адрес ведомого в диапазоне от 1 до 247.Мастер имеет однонаправленное управление подчиненными устройствами и может записывать информацию в регистры подчиненных и считывать из них. Ведущее устройство Modbus может адресовать отдельные ведомые устройства или может отправлять широковещательное сообщение всем ведомым устройствам. Подчиненные устройства возвращают ответ на адресованные им запросы и не будут отвечать на широковещательные сообщения.

Modbus ASCII и Modbus RTU используют методы последовательной связи RS-485 или RS-232 для передачи пакетов данных. Modbus TCP / IP или Modbus TCP — это протокол Modbus RTU с интерфейсом TCP для запуска Ethernet.Поскольку Ethernet позволяет одноранговую связь, а не связь ведущий / ведомый, Modbus TCP полагается на связь между клиентом и сервером для Ethernet. Modbus TCP следует сетевой модели OSI и определяет уровни представления и приложения.

Подробное описание протокола Modbus — NI

PDU и код, который его обрабатывает, составляют основу спецификации протокола приложения Modbus. Эта спецификация определяет формат PDU, различные концепции данных, используемые протоколом, использование кодов функций для доступа к этим данным, а также конкретную реализацию и ограничения каждого кода функции.

Формат PDU Modbus определяется как код функции, за которым следует связанный набор данных. Размер и содержимое этих данных определяются кодом функции, и весь PDU (код функции и данные) не может превышать 253 байта. Каждый код функции имеет определенное поведение, которое ведомые устройства могут гибко реализовать в зависимости от желаемого поведения приложения. Спецификация PDU определяет основные концепции доступа к данным и управления ими; однако ведомое устройство может обрабатывать данные способом, который явно не определен в спецификации.

Доступ к данным в Modbus и модель данных Modbus

Данные, доступные по протоколу Modbus, обычно хранятся в одном из четырех банков данных или диапазонов адресов: катушек, дискретных входов, регистров временного хранения и регистров ввода. Как и в большей части спецификации, имена могут отличаться в зависимости от отрасли или области применения. Например, регистры хранения могут называться выходными регистрами, а катушки могут называться цифровыми или дискретными выходами. Эти банки данных определяют тип и права доступа к содержащимся в нем данным.Подчиненные устройства имеют прямой доступ к этим данным, которые хранятся локально на устройствах. Данные, доступные по протоколу Modbus, обычно являются подмножеством основной памяти устройства. В отличие от этого, ведущие устройства Modbus должны запрашивать доступ к этим данным с помощью различных кодов функций. Поведение каждого блока описано в таблице 1.

Таблица 1. Блоки модели данных Modbus

Эти блоки дают вам возможность ограничивать или разрешать доступ к различным элементам данных, а также предоставлять упрощенные механизмы на уровне приложения для доступа к различным типам данных.

Блоки полностью концептуальные. Они могут существовать как отдельные адреса памяти в данной системе, но они также могут перекрываться. Например, первая катушка может находиться в том же месте в памяти, что и первый бит слова, представленного регистром хранения один.Схема адресации полностью определяется ведомым устройством, и его интерпретация каждого блока памяти является важной частью модели данных устройства.

Адресация модели данных

В спецификации определяется, что каждый блок содержит адресное пространство из 65 536 (2 ¹⁶ ) элементов. В определении PDU Modbus определяет адрес каждого элемента данных в диапазоне от 0 до 65 535. Однако каждый элемент данных пронумерован от 1 до n, где n имеет максимальное значение 65 536.То есть катушка 1 находится в блоке катушек по адресу 0, в то время как регистр хранения 54 находится по адресу 53 в разделе памяти, который ведомое устройство определило как регистры хранения.

Полные диапазоны, разрешенные спецификацией, не обязательно должны быть реализованы данным устройством. Например, устройство может решить не реализовывать катушки, дискретные входы или входные регистры и вместо этого использовать только регистры хранения со 150 по 175 и с 200 по 225. Это совершенно приемлемо, и недопустимые попытки доступа будут обрабатываться с помощью исключений.

Диапазоны адресации данных

Хотя спецификация определяет разные типы данных как существующие в разных блоках и назначает диапазон локальных адресов каждому типу, это не обязательно переводится в интуитивно понятную схему адресации для целей документации или понимания доступной для Modbus памяти данного устройства. Чтобы упростить обсуждение расположения блоков памяти, была введена схема нумерации, которая добавляла префиксы к адресу рассматриваемых данных.

Например, вместо того, чтобы ссылаться на элемент как регистр временного хранения 14 по адресу 13, в руководстве по устройству будет ссылаться на элемент данных по адресу 4,014, 40,014 или 400,014. В каждом случае первое указанное число — 4 для представления регистров временного хранения, а адрес указывается с использованием оставшихся чисел. Разница между 4XXX, 4XXXX и 4XXXXX зависит от адресного пространства, используемого устройством. Если используются все 65 536 регистров, следует использовать нотацию 4XXXXX, поскольку она допускает диапазон от 400 001 до 465 536.Если используется всего несколько регистров, обычно используется диапазон от 4001 до 4999.

В этой схеме адресации каждому типу данных назначается префикс, как показано в таблице 2.

Таблица 2. Префиксы диапазона данных

Катушки существуют с префиксом 0. Это означает, что ссылка 4001 может относиться либо к регистру временного хранения 1, либо к катушке 4001. По этой причине во всех новых реализациях рекомендуется использовать 6-значную адресацию с ведущими нулями и это учитывать. в документации. Таким образом, регистр временного хранения 1 обозначается как 400,001, а катушка 4001 — как 004,001.

Начальные значения адреса данных

Разница между адресами памяти и ссылочными номерами еще больше усложняется индексированием, выбранным данным приложением.Как упоминалось ранее, регистр временного хранения один находится по адресу ноль. Обычно ссылочные номера имеют единичный индекс, что означает, что начальное значение данного диапазона равно единице. Таким образом, 400 001 переводится буквально в регистр временного хранения 00001, который находится по адресу 0. Некоторые реализации предпочитают начинать свои диапазоны с нуля, что означает, что 400 000 транслируются в регистр временного хранения по нулевому адресу. Таблица 3 демонстрирует эту концепцию.

Таблица 3. Схемы индексирования регистров

Диапазоны с одним индексом широко распространены и настоятельно рекомендуются. В любом случае начальное значение для каждого диапазона должно быть указано в документации.

Типы больших данных

Стандарт Modbus предоставляет относительно упрощенную модель данных, которая не включает дополнительные типы данных, кроме беззнакового слова и битового значения. Хотя этого достаточно для некоторых систем, где значения битов соответствуют соленоидам и реле, а значения слов соответствуют немасштабированным значениям АЦП, этого недостаточно для более продвинутых систем.В результате многие реализации Modbus включают типы данных, которые пересекают границы регистров. Модуль регистрации данных и диспетчерского управления (DSC) NI LabVIEW и KEPServerEX определяют несколько типов ссылок. Например, строки, хранящиеся в регистре временного хранения, имеют стандартную форму (400 001), но за ними следуют десятичное число, длина и порядок байтов строки (400 001,2H, двухсимвольная строка в регистре временного хранения 1, где старший байт соответствует к первому символу строки).Это необходимо, потому что каждый запрос имеет конечный размер, и поэтому ведущее устройство Modbus должно знать точные границы строки, а не искать длину или разделитель, например NULL.

Битовый доступ

В дополнение к разрешению доступа к данным, которые пересекают границу регистра, некоторые ведущие устройства Modbus поддерживают ссылки на отдельные биты в регистре. Это полезно, так как позволяет устройствам объединять данные каждого типа в одном диапазоне памяти без необходимости разделять двоичные данные на диапазоны катушки и дискретного ввода.Обычно это указывается с помощью десятичной точки и битового индекса или числа, в зависимости от реализации. То есть первый бит в первом регистре может быть 400 001,00 или 400 001,01. Рекомендуется в любой документации указывать используемую схему индексации.

Порядок байтов в данных

Данные из нескольких регистров, такие как значение с плавающей запятой одинарной точности, могут быть легко переданы в Modbus путем разделения данных по двум регистрам. Поскольку это не определено стандартом, порядок следования байтов (или порядок байтов) этого разбиения не определен.Хотя каждое беззнаковое слово должно быть отправлено в сетевом порядке байтов (с прямым порядком байтов), чтобы соответствовать стандарту, многие устройства меняют порядок байтов для многобайтовых данных. На рисунке 2 показан необычный, но действенный пример этого.

Рисунок 2. Замена порядка байтов для данных из нескольких слов

Мастер должен понять, как подчиненное устройство хранит информацию в памяти, и правильно ее декодировать. Рекомендуется, чтобы документация отражала порядок слов, используемый системой.Порядок байтов также может быть добавлен в качестве опции конфигурации системы с базовыми функциями кодирования и декодирования, если требуется гибкость в реализации.

Струны

Строки можно легко сохранить в регистрах Modbus. Для простоты в некоторых реализациях требуется, чтобы длина строки была кратной двум, а любое дополнительное пространство заполнялось нулевыми значениями. Порядок байтов также является переменной при взаимодействии строк. Формат строки может включать или не включать NULL в качестве окончательного значения. В качестве примера этой изменчивости некоторые устройства могут хранить данные, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Изменение порядка байтов в строках Modbus

Общие сведения о кодах функций

В отличие от модели данных, которая может значительно отличаться от устройства к устройству, коды функций и их данные явно определены стандартом. Каждая функция следует шаблону. Сначала ведомое устройство проверяет такие входные данные, как код функции, адрес данных и диапазон данных. Затем он выполняет запрошенное действие и отправляет ответ, соответствующий коду.Если какой-либо шаг в этом процессе завершается неудачно, запрашивающей стороне возвращается исключение. Транспортом данных для этих запросов является PDU.

PDU Modbus

PDU состоит из однобайтового кода функции, за которым следуют до 252 байтов данных, специфичных для функции.

Рис. 4. Modbus PDU

Код функции — это первый элемент, который нужно проверить. Если код функции не распознается устройством, получающим запрос, оно отвечает с исключением.Если код функции принят, ведомое устройство начинает декомпозицию данных в соответствии с определением функции.

Поскольку размер пакета ограничен 253 байтами, устройства ограничены объемом данных, которые могут быть переданы. Наиболее распространенные функциональные коды могут передавать от 240 до 250 байтов фактических данных из подчиненной модели данных, в зависимости от кода.

Выполнение подчиненной функции

Согласно определению модели данных, различные функции определены для доступа к различным концептуальным блокам данных.Обычная реализация заключается в том, чтобы коды обращались к ячейкам статической памяти, но доступны и другие варианты поведения. Например, код функции 1 (считывание катушек) и 3 (считывание регистров временного хранения) может иметь доступ к одному и тому же физическому месту в памяти. Напротив, функциональный код 3 (чтение регистров хранения) и 16 (запись регистров хранения) может обращаться к совершенно разным местам в памяти. Таким образом, выполнение кода каждой функции лучше всего рассматривать как часть определения подчиненной модели данных.

Независимо от выполняемого фактического поведения, ожидается, что все подчиненные устройства будут следовать простой диаграмме состояний для каждого запроса.На рисунке 5 показан пример этого для кода 1, считывающих катушек.

Рисунок 5. Чтение диаграммы состояний катушек из спецификации протокола Modbus

Каждое ведомое устройство должно проверять код функции, количество входов, начальный адрес, общий диапазон и выполнение определенной ведомым устройством функции, которая фактически выполняет чтение.

Хотя диапазоны статических адресов показаны на диаграмме состояний выше, потребности реальных систем могут привести к тому, что они будут несколько отличаться от определенных чисел.В некоторых случаях ведомые устройства не могут передать максимальное количество байтов, определенное протоколом. То есть, вместо того, чтобы позволить мастеру запрашивать входы 0x07D0, он может ответить только с помощью 0x0400. Точно так же модель данных ведомого устройства может определять диапазон допустимых значений катушки как адрес от 0 до 500. Если ведущее устройство делает запрос на 125, начиная с адреса 0, это нормально, но если ведущее устройство делает тот же запрос, начиная с адреса 400, последняя катушка будет по адресу 525, который находится вне диапазона для этого устройства и приведет к исключению 02, как определено диаграммой состояний.

Коды стандартных функций

Определение каждого стандартного кода функции находится в спецификации. Даже для наиболее распространенных кодов функций неизбежны несоответствия между функциями, включенными на ведущем устройстве, и тем, что ведомое устройство может обрабатывать. Чтобы решить эту проблему, в ранних версиях спецификации Modbus TCP были определены три класса соответствия. Официальная спецификация испытаний на соответствие Modbus не ссылается на эти классы, а вместо этого определяет соответствие для каждой функции; однако они могут быть удобны для понимания.Рекомендуется, чтобы любая документация соответствовала спецификации тестов и определяла их соответствие кодам, которые они поддерживают, а не устаревшим классификациям.

Класс 0 Коды

класса 0 обычно считаются абсолютным минимумом для полезного устройства Modbus, поскольку они дают мастеру возможность читать или записывать в модель данных.

Таблица 4. Класс соответствия 0 Коды

Коды класса 1

Коды функций класса 1 состоят из других кодов, необходимых для доступа ко всем типам модели данных. В исходном определении этот список включал код функции 7 (исключение чтения). Однако этот код определен текущей спецификацией как код только для последовательного порта.

Таблица 5. Коды класса соответствия 1

Коды класса 2

Коды функций класса 2 — это более специализированные функции, которые реже реализуются. Например, чтение / запись нескольких регистров может помочь уменьшить общее количество циклов запрос-ответ, но такое поведение все же можно реализовать с помощью кодов класса 0.

Таблица 6. Коды класса соответствия 2

Инкапсулированный интерфейс Modbus

Код инкапсулированного интерфейса Modbus (MEI), функция 43, используется для инкапсуляции других данных в пакете Modbus. В настоящее время доступны два номера MEI: 13 (CANopen) и 14 (идентификация устройства).

Функция 43/14 (Идентификация устройства) полезна тем, что позволяет передавать до 256 уникальных объектов. Некоторые из этих объектов предопределены и зарезервированы, например, название поставщика и код продукта, но приложения могут определять другие объекты для передачи как общие наборы данных.

Этот код обычно не реализуется.

Исключения

Подчиненные устройства используют исключения для обозначения ряда плохих условий, от неверно сформированного запроса до неправильных входных данных. Однако исключения также могут быть сгенерированы как ответ на уровне приложения на недопустимый запрос. Подчиненные устройства не отвечают на отправленные запросы за исключением. Вместо этого ведомое устройство игнорирует неполные или поврежденные запросы и начинает ждать нового входящего сообщения.

Исключения сообщаются в определенном формате пакета.Во-первых, запрашивающему мастеру возвращается код функции, равный исходному коду функции, за исключением того, что у него установлен самый старший бит. Это эквивалентно добавлению 0x80 к значению исходного кода функции. Вместо обычных данных, связанных с заданным ответом функции, ответы на исключения включают в себя один код исключения.

В рамках стандарта четыре наиболее распространенных кода исключения — это 01, 02, 03 и 04. Они показаны в таблице 7 со стандартными значениями для каждой функции.

Таблица 7. Общие коды исключений Modbus

Диаграмма состояний для каждого кода функции должна охватывать как минимум код исключения 01 и обычно включает коды исключения 04, 02, 03, и любые другие определенные коды исключений являются необязательными.

Введение в Modbus с использованием LabVIEW

Низкоуровневый интерфейс Modbus API является предпочтительным вариантом, когда вашему приложению требуется высокий уровень контроля над последовательностью и синхронизацией запросов Modbus. Низкоуровневый API обычно также является предпочтительным выбором, когда гибкость имеет первостепенное значение. Напротив, гибкость и мощность, предлагаемые LabVIEW Modbus API, также означают, что код вашего приложения должен быть более сложным для правильного управления API. Чтобы помочь вам понять эту сложность, LabVIEW предоставляет два примера.

Вводный пример Modbus

Первый пример, Modbus Library.lvproj , дает базовый обзор функциональности API. Он также демонстрирует различия между реализацией на ПК и целью в реальном времени. На рисунке 3 показан код, использованный в примере ведущего устройства Modbus в реальном времени.

Рисунок 3. Мастер на RT Target.vi

Этот пример демонстрирует основные требования приложения Modbus с использованием LabVIEW API.Сначала создается экземпляр Modbus. В данном случае мастер TCP. Однако вы можете переключить этот пример на серийный мастер, изменив селектор полиморфных экземпляров.

Рисунок 4. Изменение типа ведущего устройства Modbus

Когда экземпляр будет создан, вы можете начать опрос данных на ведомом устройстве. В примере показано использование кода функции Чтение входных регистров . Все коды функций Modbus, поддерживаемые API, показаны на соответствующей палитре.Из-за реализации протокола у ведомого API есть дополнительные функции, которые ведущий не может реализовать. Например, ведомое устройство может записывать данные в диапазон входных регистров, в то время как ведущее устройство может читать только из этого диапазона. На рисунке 5 показаны коды функций.

Рисунок 5. Палитры Modbus Master и Slave с функциональными кодами

Наконец, экземпляр Modbus закрывается, освобождая память, связанную с экземпляром. Это также закрывает все ссылки, включая TCP-соединение или последовательные ссылки NI-VISA, используемые экземпляром.

До сих пор обсуждался только главный пример; однако каждый пример следует той же базовой схеме, знакомой большинству пользователей LabVIEW: открытие, чтение / запись и закрытие.

Наконец, хотя API действительно выглядит одинаково, важно понимать ключевое отличие. Если ваше устройство является ведущим, оно должно отправить запрос по сети соответствующему ведомому устройству для получения данных. С другой стороны, ведомое устройство имеет собственное локальное хранилище данных и может быстро получить к нему доступ.

Пример резервного главного устройства

Для некоторых приложений может хватить базового примера; однако этого может быть недостаточно для сложных приложений, где целью является взаимодействие с датчиком или шлюзом.Чтобы восполнить этот пробел, в примере приложения показано, как использовать два ведущего устройства для связи с данным ведомым устройством. Если один из мастеров выходит из строя и теряет соединение с подчиненным или человеко-машинным интерфейсом (HMI), другой мастер берет на себя ответственность.

Рис. 6. Пример создания избыточного главного устройства

Если эта конструкция соответствует потребностям вашего приложения или если вас интересует более сложный пример связи Modbus, просмотрите Redundant Modbus Masters.lvproj в поисковике примеров.