/
MODBUS Client

MODBUS Client

Protokol MODBUS Client

Podporované typy a verzie zariadení 
Konfigurácia komunikačnej linky
Parametre protokolu linky
Konfigurácia komunikačnej stanice
Konfigurácia meraných bodov
Poznámka k zariadeniu FloBoss 103
Poznámka k regulátorom Honeywell
Literatúra
Zmeny a úpravy
Revízie dokumentu

 Podporované typy a verzie zariadení

Protokol realizuje klientsku (master) komunikáciu s ľubovoľnými zariadeniami podporujúcimi štandard MODBUS RTU a MODBUS ASCII vo verziách sériovej komunikácie a štandard MODBUS TCP alebo variantu MODBUS over TCP v prípade TCP/IP komunikácie. Navyše podporuje rozšírenia:

  • Bytový mód umožňujúci pracovať so zariadeniami, ktoré vracajú hodnoty registrov ako 1 bajt (na rozdiel od MODBUS štandardu, v ktorom je hodnota registra 2-bajtová).

  • Variabilný mód umožňujúci pracovať so zariadeniami, ktoré vracajú hodnoty registrov s inou veľkosťou ako sú štandardné 2 bajty. Implementovaný bol kvôli podpore prietokomera FloBoss 103 od firmy Fisher Controls International (v súčasnosti súčasť Emerson Process Management): 1-bajtové premenné, 4-bajtové unsigned/signed integery, textové reťazce dĺžky 10,12,20,40 znakov, 6-bajtová časová značka a iné.
    Pozn: tento mód umožňuje prácu zo zariadeniami implementujúcimi tzv. Enron Modbus alebo Daniel Modbus.

  • Pasívny mód umožňujúci prácu v režime odposluchu. Toto sa týka najmä sériovej komunikácie, keď je už komunikačný port zariadenia použitý na komunikáciu s iným Master zariadením. Vzhľadom k povahe Modbus protokolu je v tomto režime nutné odpočúvať výzvy aj odpovede.

 Konfigurácia komunikačnej linky

  • Kategória linky Serial (sériová komunikácia)

  • Kategória linky SerialOverUDP Device Redundant (sériová komunikácia).

  • Kategória linky RFC2217 Client (sériová komunikácia).

  • Kategória linky TCP/IP-TCP a TCP/IP-TCP Redundant (MODBUS TCP, MODBUS over TCP). Bežne sa používa rezervovaný TCP port číslo 502, ale je možné použiť akýkoľvek iný podľa nastavenia komunikujúceho zariadenia. Číslo linky je nepoužité, nastavte napr. hodnotu 1.
    Pozn: V prípade redundantných systémov je možné zadávať aj viacero mien/adries oddelených čiarkami.
    Pozn: V prípade PLC typu WAGO 750-8100 a komunikácie cez MODBUS TCP bolo nutné nastaviť v časových parametroch stanice malú periódu dotazovania (napr. 1 sekunda). V prípade väčšej periódy (5 sekúnd) dochádzalo pomerne často k zatváraniu spojenia zo strany PLC.

Vynútené prerušenie spojenia: Keď sa všetky stanice na linke typu TCP/IP-TCP alebo TCP/IP-TCP Redundant dostanú do simulácie alebo majú zastavenú komunikáciu, linka sa odpojí (dôjde ku zavretiu komunikačného socketu). Keď aspoň jedna stanica bude mať vypnutú simuláciu a nebude mať zastavenú komunikáciu (záložka Parametre objektu Stanica), linka sa znovu pripojí.

Parametre protokolu linky

Dialóg konfigurácia linky - záložka Parametre protokolu.
Ovplyvňujú niektoré voliteľné parametre protokolu. Môžu byť zadané nasledovné parametre protokolu linky:

Tab. č. 1

Parameter

Popis

Jednotka / rozmer

Náhradná hodnota

Parameter

Popis

Jednotka / rozmer

Náhradná hodnota

Immediate Disconnect

Parameter je implementovaný iba pre kategórie linky TCP/IP-TCP a TCP/IP-TCP Redundant. Parameter aktivuje rozpájanie sa TCP spojenia po vykonaní každého čítacieho cyklu, prípadne po zápise hodnoty. Parameter bol implementovaný kvôli problémom so stabilitou spojenia na mobilných GPRS sieťach.

YES/NO

NO

Passive Mode

Parameter aktivuje režim odposluchu. V tomto režime sa nevysielajú výzvy a nefunguje zapisovanie. Sú iba analyzované prijímané pakety. Z povahy Modbus protokolu vyplýva, že je nutné odposluchávať výzvy aj odpovede existujúcej komunikácie.

YES/NO

NO

Tcp No Delay

Nastavenie "Tcp No Delay"=True parametra spôsobí nastavenie nízkoúrovňového parametra socketov TCP_NODELAY, čím sa vypne prednastavené spájanie paketov.
Parameter je implementovaný iba pre kategórie linky TCP/IP-TCP a TCP/IP-TCP Redundant.

YES/NO

NO

 Konfigurácia stanice

  • Komunikačný protokol "Modbus Client".

  • Adresa stanice je dekadické číslo zvyčajne v rozsahu 1 až 247. Adresa 0 je rezervovaná ako broadcast.

Poznámka: Pokiaľ na stanici nebude nakonfigurovaný žiadny meraný bod s platnou adresou, nebude prebiehať žiadna komunikácia a stanica bude v chybovom stave (StHARDERR).

Parametre protokolu stanice

Dialóg konfigurácia stanice - záložka Parametre protokolu.
Ovplyvňujú niektoré voliteľné parametre protokolu. Môžu byť zadané nasledovné parametre protokolu stanice:

Tab. č. 1

Parameter

Popis

Jednotka

Náhradná hodnota

Parameter

Popis

Jednotka

Náhradná hodnota

Retry Count

Maximálny počet opakovaní výzvy. Ak po poslaní tohto počtu výziev nedôjde odpoveď, stanica prechádza do stavu komunikačnej chyby.

-

2

Retry Timeout

Timeout pred opakovaním výzvy, pokiaľ neprišla odpoveď.

s

0.1

Wait First Timeout

Timeout medzi poslaním výzvy a prvým čítaním odpovede.

s

0.1

Wait Timeout

Timeout medzi čítaniami odpovede.

s

0.1

Max. Wait Retry

Maximálny počet opakovaní čítania odpovede.

-

20

Start Silent Interval

"Start silent interval" pred štartom vysielania v RTU móde.

ms

50

Stop Silent Interval

"Stop silent interval" po ukončení vysielania v RTU móde.

ms

50

Read After Write

Po zápise meraného bodu nasleduje ihneď spätné čítanie. Nastavením parametra na hodnotu NO je možné znížiť záťaž na komunikáciách (najmä sériových) s veľkým množstvom zápisov.

YES/NO

YES

Little Endian Mode

Poradie bajtov v Little-endian móde pre 4-bajtové premenné. Jednotlivé možnosti udávajú, do ktorých bajtov (1-najnižší, 4-najvyšší) pôjdu jednotlivé bajty z komunikácie:

  • 2143 - najskôr je prijaté nižšie slovo, potom vyššie slovo  (vyšší bajt v rámci slova vždy ako prvý)

  • 3412 - najskôr je prijaté vyššie slovo, potom nižšie slovo  (nižšší bajt v rámci slova vždy ako prvý)

  • 1234 - bajty sú prijaté od najnižšieho po najvyšší (opak Big-endianu)

-

2143

Byte mode

Špeciálny bajtový mód prenosu, v ktorom majú hodnoty registrov dĺžku 1 bajt a nie 2 byty ako je definované v špecifikácii protokolu MODBUS.

YES/NO

NO

Variable mode

Špeciálny variabilný mód prenosu, v ktorom majú hodnoty registrov variabilnú dĺžku. Podľa toho, či je Variable mode nastavený na hodnotu little-endian alebo big-endian sa aplikuje príslušné dátové kódovanie t.j. tzv. endianness (little-endian=prvý je odosielaný menej významný byte, big endian=prvý je odosielaný významnejší byte). Hodnota OFF vypína variabilný mód.
Poznámka 1: Variabilný a bajtový mód sú nezlučiteľné a je dovolené zapnutie iba jedného z nich.
Poznámka 2: Zariadenie Emerson FloBoss 103: textové reťazce a 6-bajtová časová značka sa posielajú vždy od najnižšieho bajtu.
Poznámka 3: Variabilný mód je implementovaný iba pre Protocol Mode=RTU.
Poznámka 4: Štandardne podľa implicitných hodnôt parametrov Byte mod=NO a Variable mode=OFF, teda podľa špecifikácie protokolu MODBUS, sa automaticky uplatňuje kódovanie dát big-endian.

OFF
little-endian
big-endian

OFF

Full debug

Výpis dodatočných ladiacich informácií o komunikácii na linke.

YES/NO

NO

Protocol mode

Mód protokolu: RTU alebo ASCII. Nastavenie sa aplikuje iba v prípade sériovej komunikácie.

"RTU "

"ASCII"

"RTU"

Addressing model

Nastavenie adresného modelu protokolu MODBUS:
"MODBUS PDU" dáta sú adresované od 0 do 65535.
"MODBUS data Model" dáta sú adresované od 1 do 65536.

Poznámka: Implicitná hodnota je MODBUS PDU, v prípade nastavenia MODBUS data Model je objekt s adresou X adresovaný v MODBUS PDU ako X-1.
Po zmene nastavenia tohto parametra bolo v minulosti (binárky staršie ako 27.5.2021) nutné reštartovať príslušný komunikačný proces.

"MODBUS PDU"
"MODBUS data Model"

"MODBUS PDU"

TCP/IP protocol variant

Výber varianty protokolu v prípade TCP/IP komunikácie:
"MODBUS TCP" je variant komunikácie bez zabezpečenia kontrolnou sumou. Zabezpečenie prenosu vykonávajú spodné vrstvy TCP protokolu.
"MODBUS over TCP" je variant, v ktorej je ako payload prenosu použitý mód protokolu MODBUS RTU aj s kontrolnou sumou.

"MODBUS TCP"
"MODBUS over TCP"

"MODBUS TCP"

Max. Registers

Maximálny počet registrov žiadaný v jednej výzve.

-

100

Max. Bytes

Maximálny počet bytov žiadaný v jednej výzve (iba v "Byte mode").

-

100

Bool Mask

Ak je hodnota typu integer (Holding Registers, Input Registers) priraďovaná do meraného bodu typu Di alebo Dout, robí sa tak na základe porovnania načítanej hodnoty s nulou. Ak je hodnota nulová, hodnota meraného bodu je False, inak True. Parameter Bool Mask umožňuje pred porovnaním vyfiltrovať ešte konkrétne bity na základe bitovej masky zadávanej ako hexadecimálne číslo (najvyšší bajt je vľavo). Bitová maska FF FF FF FF znamená, že sa berú do úvahy všetky bity (pre 1 a 2-registrové celočíselné adresy).
Bitová maska 01 znamená, že sa do úvahy berie iba najnižší bit. Ak adresa meraného bodu udáva použitie iba dolného/horného bajtu registra, aplikuje sa na ňu najnižší/druhý najnižší bajt masky.

-

FF FF FF FF

Skip Unconfigured

Nikdy nežiadaj hodnoty z adries, ktoré nie sú nakonfigurované.
Popis a príklad:
Štandardne sa posielajú výzvy na dáta, ktoré sa obmedzujú parametrom protokolu "Max. Registers" alebo "Max. Bytes". Ak sú nakonfigurované napr. merané body s adresami "Holding Registers" 1, 2 a 5, odosiela sa jedna výzva požadujúca 5 registrov od adresy 1 aj, keď merané body s adresami 3 a 4 nie sú nakonfigurované - pretože je efektívnejšie a rýchlejšie získať požadované údaje jednou výzvou ako dvomi aj za cenu čítania nepotrebných dát. V prípade nastavenia parametra "Skip Unconfigured" na YES sa odošlú dve výzvy, prvá žiadajúca dva registre od adresy 1 a druhá žiadajúca jeden register na adrese 5.
Niektoré Modbus servery reagujú vrátením chybového kódu (exception) na čítanie rozsahu registrov, ktoré obsahujú „neznáme“ registre (ktoré napríklad nemajú namapované vo vnútornej pamäti).
Konkrétne sa jedná o chybu "ExceptionCode 02 (Starting Address not OK or Starting Address + Quantity of Registers not OK)".

YES/NO

NO

Check Receive Length

Ak je parameter nastavený na YES, tak pri prijatí odpovede na čítanie dát sa kontroluje, či dĺžka dát v odpovedi zodpovedá množstvu registrov v požiadavke na čítanie:

  • ak je zapnutý bajtový mód (Byte mode=YES), tak dĺžka prijatých dát sa musí rovnať množstvu registrov

  • ak nie je zapnutý bajtový ani variabilný mód, tak dĺžka prijatých dát sa musí rovnať dvojnásobku množstva registrov

  • ak je zapnutý variabilný mód (Variable mode=little-endian alebo big-endian), kontrola zatiaľ nie je implementovaná

Kontrola má zmysel na linkách s vysokými (a variabilnými) latenciami - napr. GPRS siete - na detekciu a vyhnutie sa situácii, keď dôjde k opakovaniu výzvy (#1) v dôsledku timeoutu a následne k príjmu odpovede na opakovanú výzvu, pričom táto je už považovaná za odpoveď na ďalšiu výzvu (#2). To spôsobí, že merané body adresované výzvou #2 získajú chybné hodnoty.

YES/NO

NO

Dummy Request Mode

Ak je parameter nastavený na YES, tak sa použije jediná výzva (v ktorej je celkový počet registrov). Je nutné, aby boli definované merané body pre všetky adresy 0..N.
Tento mód je použiteľný pre špeciálne zariadenia, ktoré všetky dáta (s variabilnou veľkosťou registrov - 2, 4, 8 bajtov - posielajú v jedinej odpovedi).

YES/NO

NO

TCP Write Password

Na linke TCP/IP-TCP je možné hneď po nadviazaní spojenia zapísať konkrétnu hodnotu na zvolenú adresu (TCP Password Address) s použitím zvolenej funkcie (TCP Password Function). Riadiace jednotky ComAp týmto spôsobom umožňujú autentifikovať oprávneného Modbus klienta. Hodnota sa zadáva hexadecimálne v poradí bajtov, ako budú vysielané (napr. "01 0A BC D0". V prípade, že nie je zadaný párny počet bajtov, bude na koniec doplnený bajt s hodnotou 0.

Nastavenie parametra na prázdnu hodnotu spôsobí, že zápis sa po nadviazaní spojenia nevykonáva.

-

 

TCP Password Address

Adresa pre zápis hesla (TCP Write Password) na linke TCP/IP-TCP. Ak je heslo dlhšie ako 2 bajty, je to adresa prvého registra. Ak má heslo napr. 6 bajtov, zapisuje sa ako 3 registre od zadanej adresy.

-

0

TCP Password Function

Zápisová funkcia pre zápis hesla (TCP Write Password) na linke TCP/IP-TCP.
Ak je počet bajtov hesla väčší ako 2, použije sa funkcia 16 (Write Multiple Registers) aj keď je nakonfigurovaná funkcia 6 (Write Single Register).

6
16

6

 Konfigurácia meraných bodov

Možné typy hodnôt bodov pre nevariabilný mód: Ai, Ao, Di, Do, Ci, Co, TxtI.

Možné typy hodnôt bodov pre variabilný mód: Ai,Ao,Di,Do,Ci,Cout,TxtI,TxtO,TiA.

Adresa meraného bodu:

V protokole MODBUS je základný adresný priestor rozdelený na objekty typov:

  • Coils (čítanie/zápis) - binárne stavy.

  • Discrete Inputs (čítanie) - binárne vstupy.

  • Holding Registers (čítanie/zápis) - stavové registre.

  • Input Registers (čítanie) - vstupné registre.

V každom adresnom priestore daného typu registra je nezávislá adresácia s veľkosťou adresy 2 bajty, to znamená fyzicky adresy od 0 do 65535 (tzv. MODBUS PDU addressing model). Niektoré zariadenia pracujú s adresáciou od 1 (tzv. MODBUS data Model), v takom prípade treba pri konfigurácii meraných bodov v systéme D2000 odčítať v adrese -1 alebo zmeniť nastavenie parametra protokolu Addressing model na MODBUS data Model.

Meraný bod s adresou, ktorá sa začína %IGNORE, bude ignorovaný.

Adresa meraného bodu môže mať základný alebo rozšírený tvar (pre variabilný mód).

Základný tvar adresy meraného bodu:
Tvar adresy je [I|U|Uu|Ul|f|F|L|Ll|S|Sl|B|X|sn.|an.|An.][d|D][b][s]RdFn[-WrFn[d|r]].Address[.BitNr] [,Items] kde:

  • Prvé písmeno (písmená) udáva typ meraného bodu:

    • I - Integer16 (implicitná hodnota, keď nie je uvedené inak) - jeden register znamienkovo.

    • U - Unsigned16 - jeden register neznamienkovo.

    • Uu - Unsigned16 - jeden register neznamienkovo, pričom sa z neho berie do úvahy iba vyšší bajt (1. v poradí)

    • Ul - Unsigned16 - jeden register neznamienkovo, pričom sa z neho berie do úvahy iba nižší bajt (2. v poradí)

    • f - Float (4 byty = 2 registre) - čítajú sa 2 registre s adresou Address a Address+1, prenášané v big-endian poradí (viď Poznámku).

    • F - Float (4 byty = 2 registre) - čítajú sa 2 registre s adresou Address a Address+1, prenášané v little-endian poradí (tzv. Modicon formát) (viď Poznámku).

    • L - Unsigned long (4 byty = 2 registre) - čítajú sa 2 registre s adresou Address a Address+1, neznamienkovo, prenášané v big-endian poradí (viď Poznámku).

    • Ll - Unsigned long (4 byty = 2 registre) -čítajú sa 2 registre s adresou Address a Address+1, neznamienkovo, prenášané v little-endian poradí (viď Poznámku).

    • S - Signed long (4 byty = 2 registre) - čítajú sa 2 registre s adresou Address a Address+1, znamienkovo, prenášané v big-endian poradí (viď Poznámku).

    • Sl - Signed long (4 byty = 2 registre) - čítajú sa 2 registre s adresou Address a Address+1, znamienkovo, prenášané v little-endian poradí (viď Poznámku).

    • B - Byte neznamienkovo, iba horných 8 bitov hodnoty registra.

    • X - Byte neznamienkovo, iba dolných 8 bitov hodnoty registra.

    • sn. - Textový string s dĺžkou n znakov, jeden register je jeden znak, číta sa n registrov s adresou Address až Address+n-1.

    • an. - Textový string s dĺžkou 2*n znakov, jeden register sú dva ASCII znaky, znaky sú prenášané v poradí v akom sú v reťazci, číta sa n registrov s adresou Address až Address+n-1.

    • An. - Textový string s dĺžkou 2*n znakov, jeden register sú dva ASCII znaky, znaky sú prenášané v big-endian poradí (tj. "1234" sa prenáša ako "2143"), číta sa n registrov s adresou Address až Address+n-1.

  • Modifikátor d hovorí, že číslo je 8-bajtové číslo (4 za sebou idúce registre). Je použiteľný pri typoch L, Ll, S, Sl, F,f a pomocou neho je možné zadefinovať 8 bajtový integer bez znamienka/so znamienkom ako aj 8-bajtový float (varianty big endian <B8>..<B1> a little endian <B1>..<B8>).
    Modifikátor D hovorí, že číslo je 8-bajtové číslo (4 za sebou idúce registre). Je použiteľný pri typoch Ll, Sl, F a pomocou neho je možné zadefinovať 8 bajtový integer bez znamienka/so znamienkom ako aj 8-bajtový float (vo formáte little endian <B2><B1><B4><B3><B6><B5><B8><B7>).

  • Modifikátor b hovorí, že číslo je BCD kódované. Je použiteľný pri meraných bodoch typu I, U, B, L, Ll.

  • Modifikátor s hovorí, že sa číta register so stavom premennej (Unsigned16) na adrese Address a za ním Float hodnota v big endian formáte na adrese Address+1 .. Address+2. Je použiteľný pri meraných bodoch typu f a implementovaný kvôli kalorimetru Endress+Hauser RMS621. Tabuľka uvádza hodnoty Status a prevod na D2000 príznaky.

    Status register

    D2000 príznaky

    Status register

    D2000 príznaky

    0 : Invalid value

    Weak

    1 : Measured value valid

    Valid

    2 : Overflow warning
    3 : Overflow error
    4 : Underflow warning
    5 : Underflow error
    6 : Saturated steam alarm
    7 : Error in differential pressure calculation
    8 : Wrong medium for DP calculation
    9 : Wrong value range - DP calculation inaccurate
    10 : Differential pressure - general error
    11 : Range overshoot (Tsat > 350 etc.) on
    12 : Change in state of aggregation
    26 : Differential pressure --> general error
    99 : No measured value is assigned to the register in the setup of the ModBus

    Weak

  • Parameter RdFn je funkcia Modbus protokolu pre čítanie údajov. Implementované sú nasledovné funkcie:

    • 1 - Read Coils: čítanie binárnych stavov.

    • 2 - Read Discrete Inputs: čítanie binárnych vstupov.

    • 3 - Read Holding Registers: čítanie stavových registrov

    • 4 - Read Input Registers: čítanie vstupných registrov

    • 20 - Read Configuration Reference Data: čítanie konfiguračných dát

    • 0 - V tomto prípade nebude vykonávané čítanie hodnoty ale iba zápis, je nutné aby bola nastavená funkcia pre zápis WrFn.

  • Parameter WrFn je funkcia Modbus protokolu pre zápis údajov. Implementované sú nasledovné funkcie:

Comments