|
Protokół Modbus/RTU
Czyli komunikacja na łączu szeregowym RS-485
Przesyłane w obydwie strony wiadomości zorganizowane są w postaci ramek o czterech ściśle określonych polach:
| ADDRESS |
FUNCTION CODE |
DATA |
CHECKSUM |
W implementacji RTU dla zapytania mamy:
• ADDRESS [1 bajt] - określa do którego urządzenia wpiętego w sieć (tu RS-485) adresowane jest zapytanie
• FUNCTION CODE [1 bajt] - określa kod funkcji/zapytania
• DATA [różnej długości] - przekazuje parametry wejściowe wywoływanej funkcji
• CHECKSUM [2 bajty] - stanowi sumę kontrolną
Dla odpowiedzi:
• ADDRESS [1 bajt] - określa adres urządzenia slave odpowiadającego na zapytanie
• FUNCTION CODE [1 bajt] - określa kod funkcji/zapytania z zapytania
• DATA [różnej długości] - przekazuje parametry wynikowe funkcji
• CHECKSUM [2 bajty] - stanowi sumę kontrolną
Najczęściej wykorzystywane funkcje (spośród wielu dostępnych ściśle zdefiniowanych w standardzie) przedstawiono w poniższej tabeli:
| Function code |
Function description |
| 0x01 | Read Coils |
| 0x02 | Read Discrete Inputs |
| 0x03 | Read Holding Registers |
| 0x04 | Read Input Registers |
| 0x05 | Write Single Coil |
| 0x06 | Write Single Register |
| 0x08 | Loopback Diagnostic |
| 0x0F | Write Multiple Coils |
| 0x10 | Write Multiple Registers |
Oprócz znajomości kodów i struktury poszczególnych funkcji Modbus potrzebne są nam jeszcze adresy rejestrów. W przypadku modułów
pomiarowych serii ADAM możemy je znaleźć w dokumentacji lub odczytać za pomocą ADAM.NET Utility. Dla najpopularniejszych modułów
serii ADAM-4000 - czyli modułu wejść analogowych ADAM-4017+ i modułu we/wy cyfrowych ADAM-4055 będą to następujące wartości:
| ADAM-4017+ | | ADAM-4055 |
| Analog Inputs | | Digital Inputs |
| 40001 | AI-0 | R | | 00001 | DI-0 | R |
| 40002 | AI-1 | R | | 00003 | DI-1 | R |
| ... | ... | ... | | ... | ? | ... |
| 40008 | AI-7 | R | | 00008 | DI-7 | R |
| Analog Inputs Types | | Digital Outputs |
| 40201 | AI-0 typ | R/W | | 00017 | DO-0 | R/W |
| 40202 | AI-1 typ | R/W | | 00018 | DO-1 | R/W |
| ... | ... | ... | | ... | ? | ... |
| 40208 | AI-7 typ | R/W | | 00024 | DO-7 | R/W |
| Module Info | | Module Info |
| 40211 | Name-1 | R | | 40211 | Name-1 | R |
| 40212 | Name-2 | R | | 40212 | Name-2 | R |
| 40213 | Firmware-1 | R | | 40213 | Firmware-1 | R |
| 40214 | Firmware-2 | R | | 40214 | Firmware-2 | R |
Korzystając z tych informacji możemy już budować strukturę naszych zapytań Modbus/RTU. Na początek skorzystamy z funkcji 0x04 -
Read input Registers. Struktura jej zapytań i stosownych odpowiedzi, zgodnie ze standardem Modbus wygląda następująco:
| Read input Registers - struktura zapytania |
| FUNCTION CODE | 1 bajt | 0x04 |
| DATA | Starting Address | 2 bajty | 0x0000-0xFFFF |
| Quantity of Input Registers (N) | 2 bajty | 0x0001-0x007D |
| Read input Registers - struktura odpowiedzi |
| FUNCTION CODE | 1 bajt | 0x04 |
| DATA | Byte Count | 1 bajt | 2xN |
| Input Registers | Nx2 bajtów | - |
Przykładowe transakcje będą więc wyglądały następująco:
• Odczyt nazwy urządzenia i wersji firmware dla modułu ADAM-4017+:
| 01 | 04 | 00-D2 | 00-04 | E4-30 |
-> |
01 | 04 | 08 | 40-17-50-00-A2-02-00-00 | C9-14 |
• Odczyt wartości wejścia analogowego AI-0 dla modułu ADAM-4017+:
| 01 | 04 | 00-00 | 00-01 | 31-CA |
-> |
01 | 04 | 02 | E5-F9 | 33-E2 |
Do ustawienia pojedynczego wyjścia cyfrowego skorzystamy z funkcji 0x05 - Write Single Coil:
| Write Single Coil - struktura zapytania |
| FUNCTION CODE | 1 bajt | 0x05 |
| DATA | Output Address | 2 bajty | 0x0000-0xFFFF |
| Output Value | 2 bajty | 0x0000 / 0xFF00 |
| Write Single Coil - struktura odpowiedzi |
| FUNCTION CODE | 1 bajt | 0x05 |
| DATA | Output Address | 2 bajty | 0x0000-0xFFFF |
| Output Value | 2 bajty | 0x0000 / 0xFF00 |
Przykładowe transakcje - włączenie i wyłączenie wyjścia cyfrowego DO-0 w module ADAM-4055 - będą więc wyglądały następująco:
| 02 | 05 | 00-10 | FF-00 | 8D-CC |
-> |
02 | 05 | 00-00 | FF-00 | 8C-09 |
| 02 | 05 | 00-10 | 00-00 | CC-3C |
-> |
02 | 05 | 00-00 | 00-00 | CD-F9 |
Do ustawienia kilku wyjść cyfrowych (jedną transakcją) skorzystamy funkcji 0x0F - Write Multiple Coils:
| Write Multiple Coils - struktura zapytania |
| FUNCTION CODE | 1 bajt | 0x0F |
| DATA | Starting Address | 2 bajty | 0x0000-0xFFFF |
| Quantity of Outputs | 2 bajty | 0x0001-0x07B0 |
| Byte Count | 1 bajt | N |
| Outputs Value | N bajtów | - |
| Write Multiple Coils - struktura odpowiedzi |
| FUNCTION CODE | 1 bajt | 0x0F |
| DATA | Starting Address | 2 bajty | 0x0000-0xFFFF |
| Quantity of Outputs | 2 bajty | 0x0001-0x07B0 |
Przykładowe transakcje - włączenie i wyłączenie wszystkich wyjść cyfrowych w module ADAM-4055 - będą więc wyglądały następująco:
| 02 | 0F | 00-10 | 00-08 | 01 | FF | 3F-03 |
-> |
02 | 0F | 00-00 | 00-08 | 54-3E |
| 02 | 0F | 00-10 | 00-08 | 01 | 00 | 7F-43 |
-> |
02 | 0F | 00-00 | 00-08 | 54-3E |
Do odczytu stanu wejść cyfrowych skorzystamy z funkcji 0x02 - Read Discrete Inputs:
| Read Discrete Inputs - struktura zapytania |
| FUNCTION CODE | 1 bajt | 0x02 |
| DATA | Starting Address | 2 bajty | 0x0000-0xFFFF |
| Quantity of Inputs | 2 bajty | 0x0001-0x007D |
| Read Discrete Inputs - struktura odpowiedzi |
| FUNCTION CODE | 1 bajt | 0x02 |
| DATA | Byte Count | 1 bajt | N |
| Inputs Status | N bajtów | - |
Przykładowa transakcja - odczyt stanu wszystkich wejść cyfrowych w module ADAM-4055 - będzie więc wyglądała następująco:
| 02 | 02 | 00-00 | 00-08 | 79-FF |
-> |
02 | 02 | 01 | AA | 21-B3 |
UWAGA: W przedtawionych wyżej przykładach, w każdej z komend (zgodnie ze standardem Modbus) występują dwa kończące bajty
reprezentujące sumę kontrolną CRC. Do jej wygenerowania (algorytm jest bardziej złożony niż np. w przypadku protokołu ADAM-ASCII)
skorzystać możemy np. z poniższej funkcji (Pascal/Delph):
procedure GenerateModbusCRC(var modbus_command:string);
var CRC:word;
bajt,bit:byte;
LSB:byte;
begin
CRC:=$FFFF;
for bajt:=1 to length(modbus_command) do
begin
CRC:=CRC xor ord(modbus_command[bajt]);
for bit:=1 to 8 do
begin
LSB:=CRC and $0001;
if LSB=1 then CRC:=CRC-1;
CRC:=CRC shr 1;
if LSB=1 then CRC:=CRC xor $A001;
end;
end;
modbus_command:=modbus_command+chr(CRC and $00FF)+chr((CRC and $FF00) shr 8);
end;
Na podstawie przedstawionych powyżej danych i przykładów (oraz oczywiście po sięgnięciu do dokumentacji protokołu Modbus) możemy jak widać
we własnym zakresie - od podstaw - zorganizować komunikację naszej aplikacji z modułami pomiarowymi ADAM - w oparciu o bezpośrednią obsługę
łącza szeregowego. Nie jest to sprawa trywialna - trzeba pamiętać o pewnych dodatkowych, nie opisanych wyżej właściwościach protokołu Modbus,
oraz - co bardzo ważne - odpowiednio zaimplementować obsługę błędów. Na szczęście nie zawsze jesteśmy do tego zmuszeni - z pomocą przychodzi
nam zazwyczaj implementacja protokołu w systemach SCADA/HMI, plus szeroka dostępność serwerów OPC (pozycja taka występuje
także w ofercie Advantech). Jednakże znajomość struktury tegoż protokołu będzię zapewne pomocna także i w takim przypadku...
|
