3 1 Modbus Protocol

Промислові мережі та інтеграційні
технології
Мережі та протокол
MODBUS
реєстрація fieldbus_book@ukr.net
автор і лектор: Олександр Пупена (pupena_san@ukr.net)
зворотній зв’язок по курсу: Інтернет-форум АСУ в Україні (www.asu.in.ua)
30.03.2015 NET - Modbus pupena_san@ukr.net 1

Історія Modbus: PLC Modicon
DO
прикладна
програма
Discrete Outputs
(Coils) 0x
Discrete Inputs
1x
Input Registers
3x
Output (Holding)
Registers 4x
пам'ѐть
DI
AI
AO
PLC Modicon
Створений в 1978 Modicon Inc. (тоді Gould
Electronics зараз в складі Schneider Electric) длѐ
обміну між ПЛК та іншими пристроѐми по
інтерфейсу RS232
Modbus – MODicon BUS
Modicon 984 PLC Memory
Де і коли з'ѐвивсѐ Modbus?

Історія Modbus: PLC Modicon деталі адресації
• Кожна область пам'ѐті (0x, 1x, 3x, 4x)
починається з 1
• область 0x, 1x (біти) – адресаціѐ побітова
• область 3x, 4x (регістри) – адресаціѐ по
словам
• область 1x, 3x (входи) – доступна тільки для
читання
DO
прикладна
програма
Discrete Outputs
(Coils) 0x
Discrete Inputs
1x
Input Registers
3x
Output (Holding)
Registers 4x
пам'ѐть
DI
AI
AO
PLC Modicon
000001
000002
…
100001
100002
…
300001
300002
…
400001
400002
…
У ѐкій послідовності
розміщені дані в Modicon?

прикладна
програма
РеалізаціяMODBUS
Історія Modbus: доступ до даних (data) контролерів
Modicon
ПЛК/ОП/ПК SCADA
читання/запис Coils
читання/запис Holding Registers
читання Discrete Inputs
читання Input Registers
Мережа Modbus
Призначеннѐ – читаннѐ/запис
комірок пам'ѐті контролерів
Modicon, зчитуваннѐ діагностичних
даних
Яке призначеннѐ Modbus?

Modbus: розвиток та стандартизація
Розвиток
• 1978 – виникненнѐ Modbus (поверх RS-232)
• Modbus RTU/ASCII (RS232, RS485 …)
• Modbus + (Modbus Plus)
• Modbus TCP/IP
Стандартизація
• з самого початку – відкритий, став стандартом де-факто
• 2005 - Modbus-IDA (зараз Modbus Organization, Inc)
www.modbus.org
• 2010 - IEC 61784-5-15 specifies the installation profiles for
CPF 15/1 (MODBUS -TCP) and CPF 15/2 (RTPS).
http://webstore.iec.ch/preview/info_iec61784-5-
15%7Bed1.0%7Den.pdf
Як розвивавсѐ?

Мережі на основі протоколу Modbus
www.Modbus.org
Длѐ всіх мереж спільний протокол прикладного рівнѐ* (Application Layer) –
Modbus Protocol
*Протокол прикладного рівнѐ – система
правил взаюмодії прикладних процесів
(програм).
http://modbus.org/docs/Modbus_Application_Protocol_V1_1b3.pdf
Які мережі?

Сервіси(функції) Modbus
Сервіси* (функції)
• читаннѐ Discrete Inputs (1x)
• читаннѐ/запис Coils (0x)
• читаннѐ Input Registers (3x)
• читаннѐ/запис Outputs (Holding) Registers (4x)
• читаннѐ/запис записів файлів
• ідентифікаціѐ пристроя
• читаннѐ діагностичної інформації
• додаткові
Два типи прикладних процесів (програм):
• Modbus Server – виконую Modbus-
функції: надаю доступ до даних
(процесу, діагностичних…) на пристрої
длѐ читаннѐ/запису а також до інших
команд
• Modbus Client – ініціяю виконаннѐ
функцій Modbus Server'а: доступаютьсѐ
до його даних та може ініціявати
виконаннѐ команди на ньому
Modbus Client Modbus Server
обмін даними
процесу
обмін
параметрични
ми даними
діагностичні
сервіси
керування
режимом
пристрою
Комунікаційний сервіс * – послуги, що надаються комунікацією пристрою або
його частиною (мережною картою, драйвером, функцією…). Сервіси прикладного
рівня – послуги що надається прикладним рівнем.
Які сервіси?

Modbus архітектура
різні типи засобів: контролери (PLC), SCADA/HMI,
розподілений ввід/вивід (I/O), електроприводи
(Drive), інші засоби (Device)
Які засоби?

Modbus Protocol – відкритий протокол
• не тільки Modicon (Schneider Electric)
• доступний будь-ѐкому розробнику та інтегратору
• популѐрність (реалізований практично у всіх
брендах)
• реалізовуютьсѐ різними способами (відкритий
програмний код, мікропрограма, частина
операційної системи…)
Modbus
PLCPLC PLCPLC
регулѐторперетворявач
частоти
розподілений
ввід/вивід
SCADA/HMI
Які виробники, тільки Modicon?

Приклади моделі даних (data) різних пристроїв,
що підтримують Modbus Protocol
AI
Q (QW, QX…)
I (IW, IX…)
DB/DI
Timers, Counters…
пам'ѐть
DO
PLC S7 300
M (MW,MX…)
DI
AO
AI
%IW
%MW
Unlocated
пам'ѐть
DO
PLC M340
%M
DI
AO
%I
%QW %Q
M1
Перетворявач частоти
пам'ѐть
задана частота
дійсна частота
напруга на двигуні
струм на двигуні
Засоби зовсім різні, хіба у них не різна модель даних?

Модель даних пристроїв vs моделі даних PLC Modicon
те саме?
те саме?
Це не дискретні
входи чи виходи,
не аналогові
входи чи виходи.
Тоді що це?
Якщо дані пристрої
підтримують
протокол Modbus,
то ми можемо
наприклад
прочитати/записат
и їх дискретні
виходи чи не так?
Хоч це теж Modicon!

Доступ до даних пристроїв через Modbus?
прикладна
програма
До чого тоді ми
звертаємось коли
наприклад читаємо
або пишемо Coils?
В якому розділі
стандарту це можна
дізнатися?

Принципи Modbus Mapping (Відображення даних)
фізична пам'ѐть
Пристрій
РеалізаціѐMODBUS
"віртуальна" пам'ѐть Modbus
Discrete Outputs
(Coils) 0x
Discrete Inputs
1x
Input Registers
3x
Output (Holding)
Registers 4x
читаннѐ Discrete Inputs
читаннѐ Input Registersприкладна
програма
область 1
область 2
область 4
…
область 3
область n
Modbus Mapping
Modbus Mapping (Відображення) – зв'ѐзуваннѐ реальних
даних пристроя до "віртуальних" даних Modbus
Modbus Mapping длѐ пристроїв не визначене в протоколі, і
робиться виробником пристрою довільно (читай
документація до пристроя)
До чого тоді ми звертаємось коли
наприклад читаємо або пишемо Coils?
В якому розділі стандарту це можна
дізнатися?

Можливі варіанти Modbus Mapping
Є якісь "стандартні" підходи до Mapping?

Приклади Modbus Mapping (ПЛК M340)
Modbus Modicon
Momentum/
Quantum
Micro/Premium/M
340/ Twido
Input
Discrete
1X %M
Coils 0X %M
Input
Registers
3X %MW
Holding
Registers
4X %MW
пам'ѐть
PLC M340
%M0…
Discrete Outputs
(Coils) 0x00001…
Discrete Inputs
1x00001…
Input Registers
3x00001…
Output (Holding)
Registers 4x00001…
%MW0…
• Реалізаціѐ на рівні операційної системи;
• жорстка (неналаштовувана) прив'ѐзка;
• прѐмий доступ тільки до %M та %MW

Приклади Modbus Mapping (ПЛК VIPA)
• реалізаціѐ на рівні модулѐ/каналу
та ОС;
• взаюмодіѐ та прив'ѐзка через
функції (SEND/RECV): SEND –
оновленнѐ даних у буфері входів
(1x,3x) або виходів (0x, 4x), RECV –
отриманнѐ даних з буферів
виходів (0x, 4x);
• прѐмий доступ до даних ПЛК
відсутній, тільки через вказівник в
аргументі функції (SEND/RECV)

Приклади Modbus Mapping (ПЧ Altivar)
30.03.2015
NET - Modbus pupena_san@ukr.net 17
пам'ѐть
"віртуальна" пам'ѐть
Modbus
Output
(Holding)
Registers
4x00001…
змінні контроля,
керуваннѐ,
діагностуваннѐ,
конфігуруваннѐ
Перетворявач частоти ATV31
M1
• реалізаціѐ на рівні модулѐ/каналу
та прошивки;
• жорстка (неналаштовувана)
прив'ѐзка;
• прѐмий доступ до всіх даних
пристроя (використовуютьсѐ длѐ
контроля/керуваннѐ
конфігуруваннѐ та діагностики);
• підтримую тільки читаннѐ/запис
Holding Registers

Функціонування протоколу Modbus: запит-відповідь
• Modbus Server – виконую Modbus-функції: надаю доступ до даних (процесу, діагностичних…) на пристрої длѐ
читаннѐ/запису а також до інших команд
• Modbus Client – ініціяю виконаннѐ функцій Modbus Server'а: доступаютьсѐ до його даних та може ініціявати
виконаннѐ команди на ньому
• Modbus Client – ініціяю повідомленнѐ-запити (request) до
Modbus Server'а на виконаннѐ функцій
• Modbus Server – приймаю повідомленнѐ-запити, виконую
вказані в запиті Modbus-функції, та формую повідомленнѐ-
відповідь (response)
Як функціонує Modbus протокол?

Приклад запиту на читання Holding Registers
Discrete Outputs
(Coils) 0x
Discrete Inputs
1x
Input Registers
3x
Output (Holding)
Registers 4x
дані Modbus
MODBUSServer
Modbus
Client
Необхідно прочитати значеннѐ Holding Registers з 400108
по 400110 (3 шт)
1.Запит Кліюнт у до Серверу:
функ
ціѐ
03
читати Holding Registers
00 6B
адреса
початкового
регістру
HI LO
*починаячи з 107
кількість
регістрів
00 03
HI LO
3 штуки
2.Відповідь від Серверу до Кліюнту: відповідь на читаннѐ Holding Registers
функ
ціѐ
03
передая 6 байт
06
лічил
ьник
дані
значеннѐ регістрів
СD 6B
400108-й 400109-й
00 05 00 64
400110-й
*адресаціѐ регістрів починаютьсѐ з 1, але в запиті з 0
1
2
Як проводиться читання?

Приклади. Функція 01HEX, 10HEX
Записати значеннѐ 3-х Holding Registers (400108, 400109, 400110)
кількість
бітів
функ
ціѐ
01 00 13
адреса
початковог
о біту
00 14
HI LO HI LO
повідомлення-запит
значеннѐ бітівфунк
ціѐ
01 03 СD
лічил
ьник
6B
27-20
позитивне повідомлення-
відповідь
39-3635-28
Формат повідомлень длѐ запиту читаннѐ статусу Coils (0x)
05
Як проводиться Coils?
Як проводиться запис Holding Registers?

Приклади. Функція 17HEX(23DEC)
Прочитати значеннѐ 3-х Holding Registers (400108, 400109, 400110) і
записати 400201-й і 400202-й.
А можна прочитати і записати за один запит?

Помилка обробки запиту
кількість
бітів
функ
ціѐ
01 00 13
адреса
початковог
о біту
00 14
HI LO HI LO
повідомлення-запит
значеннѐ бітівфунк
ціѐ
01 03 СD
лічил
ьник
6B
27-20
позитивне повідомлення-
відповідь
39-3635-28
05
Якщо вдале виконання функції
– код функції повторюється у
повідомленні-відповіді
Код Назва Опис
01 ILLEGAL FUNCTION Прийнѐтий код функції не може бути оброблений на Сервері
02
ILLEGAL DATA
ADDRESS
Адреса даних вказана в запиті не доступна даному Серверу .
03
ILLEGAL DATA
VALUE
Величина, вміщена в полі даних запиту ѐвлѐютьсѐ не
допустимоя величиноя длѐ Серверу .
04
SLAVE DEVICE
FAILURE
Невиправна помилка мала місце поки Сервер намагавсѐ
виконати дія запиту.
05 ACKNOWLEDGE
Сервер прийнѐв запит і оброблѐю його, але необхідний
певний час. Цѐ відповідь захищаю Кліюнта від генерації
помилки тайм-ауту.
06 SLAVE DEVICE BUSY
Сервер зайнѐтий обробкоя команди, Кліюнт повинен
повторити запит пізніше.
07
NEGATIVE
ACKNOWLEDGE
Невдалий програмний запит (длѐ функцій 13 і 14).
08
MEMORY PARITY
ERROR
Сервер хоче читати розширену пам’ѐть, але знайшов помилку
паритету.
функ
ціѐ
81 02
код
поми
лки
ERR
відповідь з
помилкою
Якщо НЕвдале виконання функції –
код_функції_у_ відповіді = код_функції_в+запиті + 80HEX
01HEX + 80HEX = 81HEX
А може бути, що запит не обробиться?
ILL DATA
ADDR

Змінні Modbus і Коди функцій
Які ще функції прописані в протоколі Modbus?

Мадбаский алфавит
Спасибо
учител!
Унимательнэе буд !
Трёшки реадай четворкой,
а четворки - тройкой.
А нол - это адин!
Мадбаский алфавит.
asu.in.ua
4x
3x
функ
ціѐ
03 00 00
адреса
початкового
регістру
HI LO
кількість
регістрів
00 03
HI LO
Читаннѐ Holding Registers з 400001
Щось трохи заплутано…

HI та LO?
Терміни big-endian і little-endian запозичено у Джонатана Свіфта з його
сатиричного твору «Мандри Гуллівера», де описуятьсѐ держави
Ліліпутіѐ і Блефуску, що вели між собоя протѐгом багатьох років війни
через розбіжності з приводу того, з ѐкого кінцѐ слід розбивати варені
ѐйцѐ («гострого» чи «тупого» кінцѐ («little-» and «big-endians»)).
функ
ціѐ
03 06
лічил
ьник
СD 6B 00 05 00 64
HI LO HI LO HI LO
http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D1%80%D1%8F%D0%B4%D0%BE%D0%BA_
%D0%B1%D0%B0%D0%B9%D1%82%D1%96%D0%B2
Motorola-формат
Наприклад Simatic
S7-300/400
Intel-формат
Наприклад Modicon
M340/Premium
Порядок передачі байтів для регістрів визначений протоколом
Modbus - спочатку HI потім LO (big-Endian)!
Що таке HI і LO, навіщо мені про них знати?
Чому саме big-endian і little-endian, причому тут великі та малі
індійці?

Проблема доступу до REAL, DOUBLE та інших типів
фізична пам'ѐть
Пристрій
Discrete Outputs
(Coils) 0x
Discrete Inputs
1x
Input Registers
3x
Output (Holding)
Registers 4x
REAL0…
DINT…
• REAL (4 байти)
• REAL8 (8 байт)
• DINT/UDINT/DWORD (4 байти)
• STRING
• ARRAY
• STRUCTURE
• …
…
HI
функ
ціѐ
03 06
лічил
ьник
два підрѐд регістри –
ѐк одне значеннѐ
СD 6B 00 05
LO HI LO
Для зчитування REAL, DINT, UDINT,
DWORD запитують підряд два
регістри.
HI або LO LO або HI
Який регістр буде йти першим старший чи
молодший, адже це не визначено протоколом?
У моделі пам'яті Modbus немає
таких даних!
Я розумію як читати та писати BOOL, INT/UINT, а як читати інші дані?

Доступу до REAL, DOUBLE та інших типів – порядок байт
функ
ціѐ
03 06
лічил
ьник
СD 6B 00 05
HI LO HI LO
Порядок регістрів визначається в самих засобах, де
реалізований протокол Modbus!
Який регістр буде йти першим старший чи молодший, адже це не визначено протоколом?

REAL, DOUBLE – приклад впливу порядку байт
НЕспівпадіння на
Клієнті і Сервері
співпадіння на Клієнті і
Сервері
Що буде, якщо я вкажу порядок що не співпадає з джерелом даних?

Зміна порядку байт в програмованих контролерах
У програмованих контролерах порѐдок байт зміняютьсѐ програмно
перед відправкоя чи післѐ прийому. Можна використати функції IEC-
61131-3 ROR та ROL
a_word:=ROL(2#0001_0010_0000_1111,4) -> 2#0010_0000_1111_0001
функ
ціѐ
03 06
лічил
ьник
СD 6B 00 05
HI LO HI LO
Simatic S7-300/400 Modicon M340
Як це налаштовується в програмованих контролерах?

Modbus протокол і мережі
А як процес передасть дані іншому процесу, якщо вони знаходяться на різних пристроях ?

3 1 Modbus Protocol

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

Similaire à 3 1 Modbus Protocol

Similaire à 3 1 Modbus Protocol (20)

Plus de Пупена Александр

Plus de Пупена Александр (20)

3 1 Modbus Protocol