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

Konfigurácia stanice

• Komunikačný protokol "Modbus Client".
• Adresa stanice je dekadické číslo zvyčajne v rozsahu 1 až 247. Adresa 0 je rezervovaná ako broadcast.

Parametre protokolu stanice

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

Tab. č. 1

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]].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
  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 (Integer16/Unsigned16 a Float32 - číta 2 za sebou nasledujúce registre).
  • 4 - Read Input Registers: čítanie vstupných registrov (Integer16/Unsigned16 a Float32 - číta 2 za sebou nasledujúce registre).
  • 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:
  • 5 - Write Single Coil: zápis binárnych stavov (implicitne pre Read Coils).
  • 6 - Write Single Register: zápis stavových registrov (implicitne pre Read Holding Registers).
  • 16 - Write Multiple Registers: zápis viacerých stavových registrov, táto funkcia musí byť použitá pri zápise dvojregistrových typov (ako Float, Unsigned long atď.).
    Pozn: funkciu je možné použiť aj na zápis viac ako dvoch registrov naraz, pokiaľ sa použije textový string. Príklad:
    ak do textového meraného bodu s adresou a3.0-16.#8A00 (t.j. textový reťazec pokrývajúci 3 registre, t.j. majúci dĺžku 6 znakov) zapíšeme reťazec '123456', tak sa zapíšu do registrov 0x8A00 až 0x8A02 hexadecimálne hodnoty 0x3132, 0x3334 a 0x3536 (ASCII kód '1' je 0x31, '2' je 0x32 atď).
  • 22 - Mask Write Register: zápis ovplyvňujúci iba hodnotu konkrétneho bitu BitNr stavového registra. Možné použiť iba pre hodnoty typu Do s nastaveným parametrom adresy BitNr.
• Parameter d aktivuje funkciu "delayed write". Odoslanie hodnoty sa oneskorí až do príchodu požiadavky na zápis hodnoty objektu bez tohto parametra d. Všetky naakumulované požiadavky na zápis sa následne odošlú a ak je nastavená funkcia na zápis WrFn na "Write Multiple Registers" tak sa snaží odoslať hodnoty v jednom pakete.
• Parameter Address je dvojbajtová adresa registra (0-65536), viď tiež parameter protokolu Addressing model.
  Pozn: adresu je možné zadávať aj v hexadecimálnom tvare za použitia mriežky (#), napr. #50CE
• Parameter BitNr je číslo bitu v slove. Pre binárne stavy a vstupy sú prípustné hodnoty 0-7, pre vyčítanie bitu zo 16-bitových stavových alebo vstupných registrov sú prípustné hodnoty sú 0-15.
  Pozn: je možná koexistencia meraného bodu bez parametra BitNr a viacero meraných bodov s parametrom BitNr na tej istej adrese Address.
• Parameter Items udáva počet čítaných objektov. Tento parameter má zmysel iba vtedy, ak je nakonfigurovaný Cieľový stĺpec štruktúry. Udáva počet objektov, ktoré budú načítané a zapísané do štruktúry. Pokiaľ tento parameter nie je zadaný, počet načítaných objektov sa odvodí od veľkosti štruktúry, takže tento parameter umožňuje obmedziť počet načítaných položiek (napr. ak majú byť do ďalších riadkov štruktúry načítané hodnoty pomocou iného meraného bodu).

Poznámka k zápisom: ak je zapisovaná iba časť registra (nižší/vyšší bajt alebo vybraný bit) a meraný bod má nakonfigurovanú aj RdFn (funkciu pre čítanie údajov), tak pri zápise sa najskôr vyčíta hodnota celého registra a následne sa upraví príslušná časť registra a celý register je zapísaný.

Poznámka ku poradiu prenášaných bytov a registrov

1. Protokol MODBUS používa štandardne tzv. big-endian, čiže významnejší byte registra (MSB) je prenášaný ako prvý. Príklady:

2. V prípade čítania hodnôt z dvoch registrov v poradí big-endian sú prijaté byty analyzované takto:

Príklady pre dvojregistrové hodnoty v big-endian poradí:

3. V prípade čítania hodnôt z dvoch registrov v poradí little-endian sú prijaté byty analyzované takto:

Príklady pre dvojregistrové hodnoty v little-endian poradí, ak Little Endian Mode=2143

:

Príklady konfigurácie:

• 1.10 - čítanie hodnoty binárneho stavu s adresou 10 funkciou Read Coils.
• 1.10, 4 - čítanie hodnoty binárnych stavov s adresami 10-13 funkciou Read Coils a priradí  ich do Cieľového stĺpca štruktúry
• 3.1 - 16-bitové číslo znamienkové vyčítavané funkciou Read Holding Registers z adresy 1 (tiež ako I3.1).
• U3.1 - 16-bitové číslo bez znamienka vyčítavané funkciou Read Holding Registers z adresy 1.
• I3-6.1000 - 16-bitové číslo so znamienkom vyčítavané funkciou Read Holding Registers z adresy 1000 a zapisované funkciou Write Single Register (keďže táto funkcia je implicitná, adresa mohla byť aj I3.1000 alebo 3.1000).
• S3.321 - 32-bitové znamienkové číslo čítané funkciou Read Holding Registers z registrov 321 a 322.
• B1.20.0 - bit vyčítavaný funkciou Read Coils z adresy 20 ako nultý bit v bajte.
• s10.3.123 - textový string o dĺžke 10 znakov (2 bajty na znak) od adresy 123 čítaný funkciou Read Holding Registers.
• a5.3.123 - textový string o dĺžke 10 znakov (1 bajt na znak) od adresy 123 čítaný funkciou Read Holding Registers.
• U0-6.456 - iba zápis 16-bitového neznamienkovej hodnoty do registra 456, zápis realizovaný funkciou Write Single Register, čítanie hodnoty registra sa nerealizuje.
• Ld3.3204 - čítanie hodnoty 64-bitového unsigned čísla z registrov 3204 až 3207 funkciou Read Holding Registers

Rozšírený tvar adresy meraného bodu:

Tvar adresy je [xN].[I|U|F|B|C|T][b]RdFn[-WrFn].Address[.BitNr] [,Items] kde:

• xN hovorí o počte bajtov, ktoré sa čítajú, resp. zapisujú. Platné hodnoty N sú 1,2,4,8 (v kombinácii s typmi I,U,F), 6 pre typ T a ľubovoľné číslo pre typ C.
• Písmeno udáva typ meraného bodu. Oproti štandardným I,U,F,B pribudli ďalšie dva:
  • C - textový reťazec pevnej dĺžky (napr. x10.C3.1001 je 10-znakový reťazec na adrese 1001)
  • T - časová značka s dĺžkou 6 bajtov (ss:mi:hh dd:mm:yy)
• Význam ostatných parametrov je zhodný s nevariabilným módom.

Príklady konfigurácie sú uvedené ďalej v Poznámke k zariadeniu FloBoss 103.

Poznámka k zariadeniu FloBoss 103

• konfiguračný softvér ROCLINK800
• default login LOI, heslo 1000
• nadviazanie spojenia s FloBoss 103: poklikať na DirectConnect (máme pripojené cez COM1, na strane FloBoss 103 pripojený k LOI-local interface)
• menu Configure->Modbus->Configuration
  podľa nastavenia "Byte Order" nastaviť parameter "Variable Mode" na stanici v D2000:
  • ak "Least Significant Byte first", tak "Little endian"
  • ak "Most Significant Byte first", tak "Big endian"
• merané body sú na strane FloBoss 103 konfigurované cez menu Configure -> Modbus -> Registers
• podporované sú nasledovné typy (v ďalšom texte n označuje 16-bitovú adresu):
  • Binárny vstup:
    • adresa v D2000: 1.n, napr. 1.1001, premenná typu Di/Dout
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu BIN
      Funkcia: 1
      Starting/ending register: n
  • Binárny výstup:
    • adresa v D2000: 1.n, napr. 1.1001, premenná typu Dout
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu BIN r/w
      Funkcia: 1 (kvôli čítaniu)
      Starting/ending register: n
      Funkcia: 5 (kvôli zápisu)
      Starting/ending register: n
  • Unsigned Int 8 bitov vstup:
    • adresa v D2000: x1.B3.n, napr. x1.B3.1003, premenná typu Ci/Co
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu UINT8
      Funkcia: 3A alebo 3B
      Starting/ending register: n
  • Unsigned Int 8 bitov výstup:
    • adresa v D2000: x1.B3.n, napr. x1.B3.1003, premenná typu Co
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu UINT8 r/w
      Funkcia: 3A alebo 3B
      Starting/ending register: n
      Funkcia: 6
      Starting/ending register: n
  • Unsigned Int 16 bitov vstup:
    • adresa v D2000: x2.U3.n, napr. x2.U3.1004, premenná typu Ci/Co
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu UINT16
      Funkcia: 3A alebo 3B
      Starting/ending register: n
  • Unsigned Int 16 bitov výstup:
    • adresa v D2000: x2.U3.n, napr. x2.U3.1004, premenná typu Co
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu UINT16 r/w
      Funkcia: 3A alebo 3B
      Starting/ending register: n
      Funkcia: 6
      Starting/ending register: n
  • Signed Int 16 bitov vstup:
    • adresa v D2000: x2.I3.n, napr. x2.I3.1005, premenná typu Ci/Co
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu INT16
      Funkcia: 3A alebo 3B
      Starting/ending register: n
  • Signed Int 16 bitov výstup:
    • adresa v D2000: x2.I3.n, napr. x2.I3.1005,, premenná typu Co
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu INT16 r/w
      Funkcia: 3A alebo 3B
      Starting/ending register: n
      Funkcia: 6
      Starting/ending register: n
  • Unsigned Int 32 bitov vstup:
    • adresa v D2000: x4.U3.n, napr. x4.U3.1006, premenná typu Ci/Co
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu UINT32
      Funkcia: 3A alebo 3B
      Starting/ending register: n
  • Unsigned Int 32 bitov výstup:
    • adresa v D2000: x4.U3.n, napr. x4.U3.1006, premenná typu Co
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu UINT32 r/w
      Funkcia: 3A alebo 3B
      Starting/ending register: n
      Funkcia: 6
      Starting/ending register: n
  • Float 32 bitov vstup:
    • adresa v D2000: x4.F3.n, napr. x4.F3.1008, premenná typu Ai/Ao
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu FL
      Funkcia: 3A alebo 3B
      Starting/ending register: n
  • Float 32 bitov výstup:
    • adresa v D2000: x4.F3.n, napr. x4.F3.1008, premenná typu Co
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu FL r/w
      Funkcia: 3A alebo 3B
      Starting/ending register: n
      Funkcia: 6
      Starting/ending register: n
  • String (N bajtov) vstup:
    • adresa v D2000: x1N.C3.n, napr. x10.C3.1010, premenná typu TxtI/TxtO
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu ACm(AC10,AC12,AC20,AC30,AC40)
      Funkcia: 3A alebo 3B
      Starting/ending register: n
  • String (N bajtov) výstup:
    • adresa v D2000: xN.C3.n, napr. x10.C3.1010, premenná typu Co
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu ACN r/w (AC10,AC12,AC20,AC30,AC40)
      Funkcia: 3A alebo 3B
      Starting/ending register: n
      Funkcia: 6
      Starting/ending register: n
  • Čas a dátum 6 bajtov vstup:
    • adresa v D2000: x6.T3.n, napr. x6.T3.1010, premenná typu TiA/TxtI
    • adresa v FloBoss 103: premenná typu DT6
      Funkcia: 3A alebo 3B
      Starting/ending register: n
    • Poznámka 1: FloBoss 103 podporuje lokálny aj monotónny čas - preto musí konfigurácia stanice v D20000 zodpovedať konfigurácii FloBoss-u
    • Poznámka 2: Nastavenie času a dátumu je možné, ale treba nakonfigurovať zvlášť merané body pre sekundu, minútu, hodinu, deň, mesiac a rok ako Unsigned Int 8 bitov a následne zapisovať do nich.

Poznámka k regulátorom Honeywell

Regulátory Honeywell UDC1700 (a pravdepodobne obecne UDC1xxx):

Základné parametre a aktuálne dáta týchto regulátorov nie sú štandardne čítané prostredníctvom funkcií 0x01 až 0x04. Na ich čítanie a zápis je potrebné použiť funkcie 0x14/0x15 Read/write configuration reference data. Tieto zariadenia štandardne používajú "big endian" poradie bytov. Preto pre správnu funkčnosť nie je potrebné meniť parametre, ktoré menia bytový režim a endianitu.

Príklady konfigurácie meraného bodu:

20.039 - 16-bitové číslo z adresy 39(0x27)
f20.040 - 32-bitové reálne číslo z adresy 40(0x28)

Poznámka: Zariadenia Honeywell typových radov UDC 2xxx/3xxx, HC900, DPR, Trendview používajú bežné kódy funkcií Modbus 1-4 napriek tomu, že manuály UDC odkazujú len na tabuľky registrov funkcií 0x14/0x15 Read/write configuration reference data. Podrobnejšie informácie nájdete v tomto príspevku.

Literatúra

• MODBUS APPLICATION PROTOCOL SPECIFICATION V1.1b, December 28, 2006. http://www.modbus.org

Zmeny a úpravy

-

Revízie dokumentu

• Ver. 1.0 - 27. november 2006 - Vytvorenie dokumentu.
• Ver. 1.1 - 21. november 2007 - Aktualizácia dokumentu.
• Ver. 1.2 - 24. apríl 2009 - Aktualizácia dokumentu.
• Ver. 1.3 - 19. november 2010 - Aktualizácia dokumentu.
• Ver. 1.4 - 6. december 2010 - Aktualizácia dokumentu.
• Ver. 1.5 - 5. september 2022 - Aktualizácia dokumentu (rozšírenie o 8-bajtové hodnoty pre variabilný mód).
• Ver. 1.6 - 7. septembra 2022 - Aktualizácia dokumentu (pridaný parameter "Dummy Request Mode").
• Ver. 1.7 - 2. februára 2024 - Aktualizácia dokumentu (pridaná podpora cieľového stĺpca štruktúry).