Статья посвящена промышленному протоколу ModBus — наиболее простому, а потому широко распространённому цифровому протоколу передачи данных.
Стандарт ModBus был изобретён ещё в 1979 году компанией Modicon (ныне Schneider Electric) и с того времени не утратил своей актуальности, а даже наоборот получил широкое распространение и большую популярность среди разработчиков АСУ ТП.
Преимущества и недостатки протокола ModBus
Преимущества:
- прост в реализации
- отсутствует необходимость установки специальных микросхем для реализации протокола при разработке контроллеров и устройств
- простота диагностики и отладки
- поддерживается большинством устройств, применяемых при построении АСУ ТП
- высокая надёжность и достоверность при передаче данных
Недостатки:
- ModBus сеть построена по принципу «ведущий-ведомый», где ведущее устройство может быть только одно. Поэтому обмен данными происходит только по инициативе ведущего устройства (оно по очереди опрашивает все ведомые). Если ведомому устройству нужно срочно передать данные, оно не может этого сделать, пока его не опросит «ведущий».
Общие сведения о ModBus сети
ModBus сеть объединяет одно ведущее (мастер) и несколько ведомых (слейвов). Обмен данными в сети происходит по инициативе мастера. Он может отправить запрос одному из подчинённых устройств или широковещательное сообщение сразу всем ведомым устройствам сети.
После отправки запроса мастер ожидает ответ в течение заданного времени («время таймаута»). Если в течение этого времени ответ не получен, мастер считает, что связь с ведомым отсутствует. На широковещательное сообщение ответ не предусмотрен.
Слейвы (ведомые устройства) не могут самостоятельно инициировать передачу данных. Они могут передать данные только после запроса мастера (и только те данные, которые мастер запросит).
Существует три разновидности протокола:
- ModBus ASCII — разновидность протокола, в которой сообщения кодируются с помощью ASCII-символов. Сообщения разделяются символами «:» и CR/LF. Не очень удобен, в России используется крайне редко.
- ModBus RTU — разновидность протокола, в которой сообщения кодируются «как есть» (числами). Между собой сообщения разделяются временной паузой в 3,5 символа при заданной скорости передачи.
- ModBus TCP — разновидность протокола для работы поверх TCP/IP стека, требуется при соединении устройств по Ethernet.
Физический уровень протокола ModBus
Для передачи ModBus сообщений используется последовательные асинхронные интерфейсы (RS232, RS485, RS422) в случае использования протоколов ASCII и RTU и Ethernet интерфейс для протокола ModBus TCP.
Использование стандартных интерфейсов делает ModBus удобным для пользователей и разработчиков.
Типы данных ModBus
Любой узел сети ModBus — это интеллектуальное устройство (контроллер, регулятор, датчик и др.). Согласно спецификации узел сети может иметь следующие структуры данных:
- Discrete Inputs — состояния дискретных входов устройства, их можно только прочитать. Однобитовый тип данных.
- Coils — состояния дискретных выходов устройства, их можно прочитать и изменить (записать новое состояние). Однобитовый тип.
- Input Registers — 16-битные регистры, доступные только для чтения.
- Holding Registers — 16-битные регистры свободного назначения, доступны для чтения и записи.
Указанные типы данных необязательны для всех устройств, поддерживающих ModBus. Например, Discrete Inputs и Coils характерны больше для ПЛК.
Производитель устройства сам решает, какой тип данных сделать доступным для чтения и записи по ModBus, и об этом написано в руководстве устройства. В большинстве случае пользуются типом Holding Registers, поскольку он самый универсальный.
Структура обмена данными по ModBus
Как уже было сказано, обмен данными по ModBus состоит из запросов и ответов. Ведущее устройство посылает запрос одному из подчинённых устройств, указывая в запросе его адрес, или всем устройствам сразу, указывая адрес 0.
Рис. Структура ModBus-пакета
Типовой запрос или ответ состоит из следующих блоков:
- адрес подчинённого устройства
- номер функции — определяет тип запрашиваемых данных и что с ними нужно сделать (прочитать/записать)
- данные — содержит параметры функции («куда», «сколько» и «какие» данные записывать или читать)
- блок контроля подлинности — содержит контрольную сумму для проверки целостности полученных данных.
Состав данных блоков отличается для RTU и TCP реализаций ModBus. Далее мы подробно рассотрим каждый из них.
ModBus ASCII мы не будем подробно рассматривать, поскольку он используется крайне редко. Состав пакета в ModBus ASCII такой же как и ModBus RTU, и отличается только типом кодирования и способом разделения пакетов.
Функции ModBus
Номер функции определяет тип запрашиваемых данных и что с ними нужно сделать (прочитать/записать).
Функций ModBus достаточно много и они разделены на три категории:
- стандартные — функции, описанные в стандарте протокола. Среди них много устаревших и неиспользуемых.
- пользовательские — диапазон номеров функций (с 65 по 72 и с 100 по 110), которые может использовать любой производитель устройств для реализации своих специфичных функций. При этом вполне возможно, что у устройств различных производителей под одинаковыми номерами будут разные по смыслу функции.
- зарезервированные — функции, не описанные в базовом стандарте, но реализованные в устройствах различных производителей. При этом гарантируется, что данные производители зарезервировали эти номера для себя и другие производители не могут ими воспользоваться.
Однако, это всё лирика… На практике в большинстве случаев используются всего несколько функций, мы подробно поговорим о них в отдельной статье, а в этой будем рассматривать всё на примере функции Read Holding Registers (чтение регистров общего назначения).
Функция Read Holding Registers (0x03)
Функция под номером 3 — одна из самых употребимых функций, предназначена для чтения регистров общего назначения устройства.
В запросе указывается количество регистров, которые нужно прочитать и адрес первого из них.
Ответ содержит количество байт (количество регистров умноженное на 2) и значения запрошенных регистров.
Рис. Запрос от мастера
Рис. Ответ слейва
Количество байт в ответе помогает ведущему устройству по мере получения данных понять, когда все данные уже получены. То есть если мастер получил третий байт с числом 200 — это означает, что ему осталось получить еще 100 байт + 2 байта контроля целостности. Это позволит ему посчитать количество пришедших байт и закончить приём, не дожидаясь, когда закончится время таймаута, отведённое слейву на ответ.
Коды ошибок ModBus
Вместо нормального ответа, содержащего запрошенные данные, подчинённое устройство может ответить ошибкой. При этом к номеру функции в ответе добавляется код 0х80 в шестнадцатеричной системе исчисления.
Обратимся к предыдущему примеру. Там подчинённое устройство ответило без ошибки и второй байт в ответе был 0х03. Если бы ответ содержал код ошибки, то к номеру функции подчинённое устройство добавило бы 0х80 и получилось бы 0х83. Вот так:
Рис. Ответ слейва с признаком ошибки
В этом примере код ошибки 02 — это один из стандартных кодов. Вот какие они бывают:
01 — функция не поддерживается. Это значит, что, возможно, функция не стандартная или просто не реализована конкретно в этом устройстве.
02 — запрошенная область памяти не доступна. Каждое устройство содержит определённое количество данных определённого типа. Например, в устройстве доступно 100 регистров общего назначения. Если при этом запросить чтение 101 регистров — возникнет ошибка 02.
03 — функция не поддержит запрошенное количество данных. Например, функция №3 «Read Holding Registers» позволяет читать от 1 до 2000 регистров общего назначения. Поэтому, даже если в подчинённом устройстве доступно для чтения 10 000 регистров, при запросе более 2000 с помощью функции №3 — возникнет эта ошибка.
04 — функция выполнена с ошибкой. Такой код ошибки будет возвращён, если есть какое-то иное препятствие для нормального выполнения команды, не охваченное тремя предыдущими кодами ошибки. Проще говоря, это такая заглушка «на всякий случай», если что-то пошло не так, но в протоколе специального кода для такой ошибки не предусмотрено.
Нужно помнить, что существуют не только стандартные функции, но ещё и пользовательские и зарезервированные. Поэтому, производители устройств, которые дополнили протокол своими функциями, возможно заложили туда другие коды ошибок. Но это всё очень большая экзотика…
ModBus RTU
Как уже говорилось, в протоколе ModBus RTU данные передаются в виде сообщений, разделённых между собой временными паузами длиной в 3,5 символа при заданной скорости передачи.
В сообщении обязательно указывается адрес получателя (или 0, если сообщение широковещательное) и номер функции.Номер функции определяет какие данные содержит сообщение и как их интерпретировать.
За номером функции идут данные. Регистры данных в ModBus 32-битные, а передаются ввиде двух 16-битных сло. Сначала идёт старший байт, затем младший.
Пример. Допустим, мы хотим прочитать из удалённого модуля сбора данных 2 регистра, начиная с первого. Адрес удалённого модуля в сети ModBus «4». Для этого воспользуемся функцией №3 Read Holding Registers.
Рис. Запрос на чтение 2-х регистров, начиная с 1-го
Рис. Ответ от слейва на запрос
В ответе подчинённое устройство повторяет свой адрес и номер функции, далее следует количество полезных байт в ответе. Каждый регистр состоит из двух байт (сначала идёт старший, затем младший). Значение запрошенных регистров оказались равны 11 и 22 в десятичной системе исчисления (0B и 16 в шестнадцатеричной соответственно).
О том, как использовать другие ModBus функции мы выпустим отдельную статью.
Контроль целостности пакета в ModBus RTU (CRC-16)
В предыдущем примере за байтами данных идут два байта проверки целостности пакета. Они являются результатом вычисления кода CRC-16 для всего сообщения.
Мастер, передавая запрос, вычисляет CRC-код и добавляет его в конец сообщения. Слейв, получив сообщение, проверяет сообщение на целостность согласно алгоритму CRC-16. Затем подчинённое устройство составляет ответ, точно так же вычисляет для него CRC и добавляет в конец пакета.
Подробно рассматривать алгоритм CRC-16 мы не будем, т.к. мы стараемся быть ближе к практике… А на практике программисту практически никогда не приходится писать блок вычисления CRC — в любой среде программирования можно найти соответствующую функцию или функциональный блок.
Заключение
В данной статье мы рассмотрели общую структуру протокола ModBus и его классическую разновидность ModBus RTU. Вообще говоря, ModBus RTU — это и есть «истинный Modbus» (если отбросить ModBus ASCII, который уже устарел).
В следующей статье мы поговорим о разновидности протокола ModBus TCP, который является «притягиванием за уши» классического ModBus с целью использования его в Ethernet-сетях, что, конечно же, накладывает определённые ограничения. Но об этом в следующей статье. Следите за обновлениями на LAZY SMART.
Содержание:
- Компоненты СИМП Лайт
- Редактор каналов
- Источники данных
- Modbus driver
- Коды ошибок Modbus
Расшифровка кодов ошибок Modbus:
|
01
|
Принятый код функции не может быть обработан. |
|
02 |
Адрес данных, указанный в запросе, недоступен. |
|
03 |
Значение, содержащееся в поле данных запроса, является недопустимой величиной. |
|
04 |
Невосстанавливаемая ошибка имела место, пока ведомое устройство пыталось выполнить затребованное действие. |
|
05 |
Ведомое устройство приняло запрос и обрабатывает его, но это требует много времени. Этот ответ предохраняет ведущее устройство от генерации ошибки тайм-аута. |
|
06 |
Ведомое устройство занято обработкой команды. Ведущее устройство должно повторить сообщение позже, когда ведомое освободится. |
|
07 |
Ведомое устройство не может выполнить программную функцию, заданную в запросе. Этот код возвращается для неуспешного программного запроса, использующего функции с номерами 13 или 14. Ведущее устройство должно запросить диагностическую информацию или информацию об ошибках от ведомого. |
|
08 |
Ведомое устройство при чтении расширенной памяти обнаружило ошибку паритета. Ведущее устройство может повторить запрос, но обычно в таких случаях требуется ремонт. |
|
10 (0A hex)
|
Шлюз неправильно настроен или перегружен запросами |
|
11 (0B hex)
|
Slave устройства нет в сети или от него нет ответа |
Это утверждённая версия страницы. Она же — наиболее свежая версия.
Основные понятия
Modbus — это протокол прикладного (седьмого) уровня модели OSI. Чаще всего он служит для обмена данными между устройствами автоматизации и реализован в виде «протокола ответов на запросы (request-reply protocol)».
В устройствах Wiren Board данные Modbus передаются по последовательным линиям связи RS-485. В последовательных линиях связи протокол RS-485 полудуплексный и работает по принципу «клиент-сервер». Каждое устройство в сети (кроме ведущего см. далее) имеет адрес от 1 до 247, адрес 0 используется для широковещательной передачи данных всем устройствам, а адреса 248–255 считаются зарезервированными согласно спецификации Modbus, их использование не рекомендуется.
Существует две спецификации протокола: Modbus RTU и Modbus ASCII. В Modbus RTU передается 11-битный символ, состоящий из 1 стартового бита, 8 бит данных (начиная с младшего бита), бит четности (необязателен) и 2 стоповых бита — если бит четности не передается, или 1 стоповый бит — если бит четности передается. Такой символ передает 1 байт данных. В устройствах Wiren Board по умолчанию бит контроля четности не передается и используется 2 стоповых бита. В Modbus ASCII каждый байт передается двумя символами, представляющими ASCII-коды младшей и старшей четырехбитной группы байта (пример). Modbus RTU передает больше информации при той же скорости последовательной линии, и в устройствах Wiren Board используется именно он. Все дальнейшее описание относится к Modbus RTU.
Ведущее устройство («мастер», или «клиент») периодически опрашивает «ведомое», или «сервер». Ведущее устройство не имеет адреса, передача сообщений от устройства-сервера ведущему без запроса ведущего в протоколе не предусмотрена.
Датаграмма Modbus в общем виде
Пакет данных Modbus выглядит, как это показано на рисунке. PDU (Protocol Data Unit) — общая часть пакета MODBUS, включающая код функции и данные пакета. ADU (Application Data Unit) — полный пакет MODBUS. Включает в себя специфичную для физического уровня часть пакета и PDU. Для последовательных линий в заголовке ADU передается адрес устройства, а в конце — контрольная сумма CRC16. Максимальный размер ADU в последовательных коммуникационных линиях составляет 253 байта (из максимальных, разрешенных спецификацией 256 байт вычитается 1 байт адреса и два байта контрольной суммы). Для справки — в Modbus TCP максимальная длина пакета составляет 260 байт.
Функция кодируется одним байтом и определяет, какое действие должно выполнить устройство-сервер. Значение кодов функций лежат в диапазоне от 1 до 255, причем коды от 128 до 255 зарезервированы для сообщений об ошибках со стороны устройства-сервера. Код 0 не используется. Размер блока данных может варьироваться от нуля до максимально допустимого. Если обработка запроса прошла без ошибок, то устройство-сервер возвращает пакет ADU, содержащий запрошенные данные.
-
Modbus-транзакция, прошедшая без ошибок
-
Modbus-транзакция с ошибками
При возникновении ошибки устройством возвращается код ошибки. При обычной транзакции код функции в ответе возвращается без изменений; при ошибке старший бит кода функции устанавливается в единицу (то есть код функции + 0x80). Так же есть таймаут ожидания ответа от ведомого устройства — бессмысленно долго ждать ответ, который, возможно, никогда и не придет.
Структуры данных Modbus
В Modbus принято кодировать адреса и данные в формате big-endian, то есть в формате, когда байты следуют, начиная со старшего: например, при передаче шестнадцатеричного числа 0x1234 сначала устройством будет принят байт 0x12, а затем — 0x34. Для передачи данных другого типа, например, чисел с плавающей запятой (float), текстовых строк, даты и времени суток и т.п. производитель может выбрать свой собственный способ кодирования — для расшифровки получаемых данных важно ознакомится со спецификацией производителя устройства.
Модель данных Modbus
Обмен данными с Modbus-устройствами происходит через регистры. В протоколе Modbus определяется четыре типа регистров, показанных в таблице:
| Таблица | Размер | Доступ |
|---|---|---|
| Регистры флагов (Coils) | 1 бит | чтение и запись |
| Дискретные входы (Discrete Inputs) | 1 бит | только чтение |
| Регистры хранения (Holding Registers) | 16-битное слово | чтение и запись |
| Регистры ввода (Input Registers) | 16-битное слово | только чтение |
Регистры флагов (Coils) хранят однобитные значения — то есть могут находится в состоянии 0 или 1. Такие регистры могут обозначать текущее состояние выхода (включено реле). Название «coil» буквально и означает обмотку-актюатор электромеханического реле. Регистры флагов допускают как чтение, так и запись.
Дискретные входы (Discrete Inputs) также являются однобитными регистрами, описывающими состояние входа устройства (например, подано напряжение — 1). Эти регистры поддерживают только чтение.
Регистры хранения (Holding Registers) и регистры ввода (Input Registers) представлены двухбайтовым словом и могут хранить значения от 0 до 65535 (0x0000 — 0xFFFF).
Регистры ввода допускают только чтение (например, текущее значение температуры). Регистры хранения поддерживают как чтение, так и запись (для хранения настроек). В настоящее время во многих устройствах, в частности в устройствах Wiren Board, эти регистры не разделяются. Команды на чтение регистра хранения N и регистра ввода N обратятся к одному и тому же значению в адресном пространстве устройства.
Адреса регистров
Регистры в стандарте Modbus адресуются с помощью 16-битных адресов. Адресация начинается с нуля. Адрес регистра, таким образом, может принимать значения от 0 до 65535.
Адресные пространства регистров, также называемые таблицами иди блоками, могут быть различны для всех четырёх типов регистров. Это значит, что значения регистров с одинаковым адресом, но разным типом, в общем случае разные.
Например, при чтении регистра флагов (coil) номер 42, регистра дискретного входа (Discrete), регистров ввода и хранения (Input и Holding) с теми же адресами, можно получить четыре разных значения.
Нестандартная адресация
В документации на некоторые, особенно старые, устройства адреса элементов (регистров) указываются в формате, не соответствующем стандарту. В этом формате тип элемента кодируется первой цифрой адреса, а адресация начинается не с нуля.
Например, регистр хранения с адресом 0 может записываться как 40001 или 400001, а Coil с адресом 0 как 000001.
В таблице перевода адресов в стандартный формат показаны диапазоны для двух разных нестандартных типов указания адресов и соответствующие им типы данных и диапазоны стандартных адресов.
| Тип данных | Стандартные адреса | Стандартные адреса (hex) | Нестандартные адреса (5 цифр) | Нестандартные адреса (6 цифр) |
|---|---|---|---|---|
| Флагов (Coils) | 0-65535 | 0x0000 — 0xFFFF | 00001 — 09999 | 000001 — 065536 |
| Дискретных входов (Discrete) | 0-65535 | 0x0000 — 0xFFFF | 10001 — 19999 | 100001 — 165536 |
| Регистры входов (Input Registers) | 0-65535 | 0x0000 — 0xFFFF | 30001 — 39999 | 300001 — 365536 |
| Регистры хранения (Holding Registers) | 0-65535 | 0x0000 — 0xFFFF | 40001 — 49999 | 400001 — 465536 |
Признаки использования нестандартной адресации:
- Адреса записываются в десятичном формате
- Во всех адресах пять или шесть цифр
- Адреса с недискретными данными (показания датчиков и т.п.) начинаются на 30 или 40
Часто рядом с нестандартными адресами указываются и адреса соответствующие стандарту, обычно в шестнадцатеричном формате.
Стоит отметить, что физически в пакете данных передаются адреса в стандартном формате, независимо от способа представления их в документации.
Пример описания регистров в документации
В готовых шаблонах устройств для контроллера Wiren Board есть шаблон для однофазного счетчика электроэнергии SDM220 (/usr/share/wb-mqtt-serial/templates/config-sdm220.json). В документации от производителя «Eastron SDM
220 Modbus Smart Meter Modbus Protocol Implementation V1.0» перечислены регистры и соответствующие им измеряемые параметры, например:
| Address (Register) | Description | Units | Modbus Protocol Start Address Hex (Hi Byte Lo Byte) |
|---|---|---|---|
| 30001 | Line to neutral volts. | Volts | 00 00 |
| 30007 | Current. | Amps. | 00 06 |
| 30013 | Active power | Whatts | 00 0C |
| 30019 | Apparent power | VoltAmps | 00 12 |
| … | … | … | … … |
Производитель в таблице приводит и логические, и физические адреса регистров, что позволяет нам с легкостью создать шаблон устройства и проиллюстрировать связь между логическими и физическими адресами Modbus-регистров.
Фрагмент шаблона счетчика SDM220
Коды функций чтения и записи регистров
В следующей таблице приведены наиболее распространенные коды функций Modbus:
| Код функции | HEX | Название | Действие |
|---|---|---|---|
| 1 | 0x01 | Read Coils | Чтение значений нескольких регистров флагов |
| 2 | 0x02 | Read Discrete Inputs | Чтение значений нескольких дискретных входов |
| 3 | 0x03 | Read Holding Registers | Чтение значений нескольких регистров хранения |
| 4 | 0x04 | Read Input Registers | Чтение значений нескольких регистров ввода |
| 5 | 0x05 | Write Single Coil | Запись одного регистра флагов |
| 6 | 0x06 | Write Single Register | Запись одного регистра хранения |
| 15 | 0x0F | Write Multiple Coils | Запись нескольких регистров флагов |
| 16 | 0x10 | Write Multiple Register | Запись нескольких регистров хранения |
Команды условно можно разделить по типам: чтение значений — запись значений; операция с одним значением — операция с несколькими значениями.
Формат данных запросов и ответов Modbus
Рассмотрим подробнее, как происходит обмен данными между устройством-клиентом, отправляющим запрос, и устройством-сервером, отвечающим ему.
На следующем рисунке показан обмен данными контроллера с устройством с адресом 0x01. Мы хотим прочесть 8 coil-регистров, начиная с первого.
В качестве данных мы получили шестнадцатеричное число 0x2D, то есть состояние восьми coil-регистров в двоичном виде такое: 0b10110100.
В следующей таблице приведены структуры данных запросов и ответов для основных функций Modbus.
| Код функции | Запрос | Ответ |
|---|---|---|
| 1 (Read Coils) и 2 (Read Discrete Inputs) |
|
|
| 3 (Read Holding Registers) и 4 (Read Input Registers) |
|
|
| 5 (Write Single Coil) |
|
Ответ аналогичен запросу |
| 6 (WriteSingle Register) |
|
Ответ аналогичен запросу |
| 15 (WriteMultipleCoils) |
|
|
| 16 (Write Multiple register ) |
|
|
Коды исключений (ошибки) Modbus
Если запрос не может по той или иной причине быть обработан устройством-сервером, то в ответ он отправляет сообщение об ошибке. Соообщение об ошибке содержит адрес Modbus-устройства, код функции, при выполнении которой произошла ошибка, увеличенный на 0x80, код ошибки и контрольную сумму:
Транзакция завершилась с ошибкой
В этом случае мы попытались обратиться к несуществующему адресу регистра 0xFFFF и попытались прочесть 8 регистров флагов. В результате мы получили код ошибки 0x03 — «В поле данных передано неверное значение».
Наиболее распространенные коды ошибок Modbus приведены в следующей таблице:
| Код ошибки | Название ошибки | Что означает |
|---|---|---|
| 1 | Illegal Function | В запросе был передан недопустимый код функции |
| 2 | Illegal Data Address | Указанный в запросе адрес не существует |
| 3 | Illegal Data Value | Неверный формат запроса, например количество байт в запросе не соответствует ожидаемому.
Примечание: несмотря на название, эта ошибка не говорит о том, что само значение регистра неправильное или ошибочное, и должна использоваться только для ошибок формата запроса. |
| 4 | Server Device Failure | Произошла невосстановимая ошибка на устройстве при выполнении запрошенной операции |
| 5 | Acknowledge | Запрос принят, выполняется, но выполнение потребует много времени; необходимо увеличить таймаут. |
| 6 | Server Device Busy | Устройство занято обработкой предыдущего запроса. |
| 7 | Negative Acknowledge | Устройство не может выполнить запрос, необходимо получить от устройства дополнительную диагностическую информацию. Возможно, требуется тех. обслуживание. |
| 8 | Memory Parity Error | Ошибка четности при обращении к внутренней памяти устройства. |
Вычисление контрольной суммы Modbus
Для протокола Modbus RTU 16-битная контрольная сумма (CRC) вычисляется по алгоритму, описанному в спецификации Modbus, в документе «Modbus Serial Line Protocol and Implementation Guide», раздел «CRC-generation». Передающее устройство формирует два байта контрольной суммы на основе данных сообщения, а принимающее устройство заново вычисляет контрольную сумму и сравнивает с полученной. Совпадение принятой и вычисленной контрольной суммы Modbus RTU считается индикатором успешного обмена данными.
В случае ограниченных вычислительных ресурсов для вычисления контрольной суммы существует функция, использующая табличные значения (также приведена в спецификации).
Расширение протокола Modbus от Wiren Board
Мы производим устройства, которые работают по стандартному протоколу Modbus RTU. Но протокол очень старый и имеет ряд недостатков, которые мы решили устранить с помощью своего расширения протокола.
Всё описываемое ниже справедливо только для Modbus-устройств Wiren Board.
Торговое название расширения протокола «Быстрый Modbus».
Настраиваемое время задержки ответа устройством
Устройства работают по стандарту, поэтому отвечают master-устройству через 3.5 символа после конца кадра запроса.
Но некоторые сторонние master-устройства могут не соблюдать стандарт и после отправки запроса продолжают удерживать приемопередатчик в режиме отправки некоторое время.
В устройствах есть специальный регистр 113, в котором можно настроить время ответа slave-устройства в миллисекундах. Нужное значение подбирается опытным путём.
Стопбиты
Устройства всегда ожидают от мастера 1 стопбит, а отправляют ответ с 2.
Благодаря этому невозможно неправильно настроить стопбиты в master- и в slave-устройстве. Передача ответов более надежная даже, если мастер ожидает 1 стопбит. В последних прошивках настройка стопбита в регистре 112 игнорируется.
Режим сплошного чтения регистров
Часто на устройствах регистры расположены с зазором, который не позволяет читать все необходимые регистры подряд одной командой.
Мы добавили режим сплошного чтения, который активируется записью 1 в регистр 114. При активации можно запрашивать любой регион, который укладывается по длине в ограничения команды чтения.
При таком запросе устройство вернёт пакет со значением регистров. Если регистры отсутствуют в устройстве, то для них будет возвращено значение 0xFFFE.
Сканирование устройств на шине
Обычно инсталляция содержит несколько slave-устройств в щите или в поле на одной шине RS-485. Каждое устройство имеет адрес, который пользователь может менять. Обычно при монтаже адреса slave-устройств переписываются с корпуса устройства и вносятся вручную в конфигурацию мастера. Это не очень удобно.
Раньше для сканирования шины использовался специальный скрипт, который перебирал все возможные адреса на шине и ждал от них ответа в течение определённого времени. Процесс занимал несколько минут и зависел от настроек связи устройств: скорости, стоповых битов и т.п.
В расширении протокола мы добавили возможность быстро сканировать шину без необходимости выжидать таймаут для каждого несуществующего адреса. Более того, при сканировании могут быть обнаружены устройства с одинаковыми адресами, которым можно задать новые адреса не отключая устройства от шины! Также функция сканирования способна обнаружить на одной шине устройства с разными настройками связи.
Теперь можно собрать щит не обращая внимания на modbus-адреса устройств. В процессе сканирования будут прочитаны модели устройств, настройки связи, их серийные номера и адреса на шине. Притом, вы можете изменить адреса подключённых устройств, обращаясь к устройству по уникальному серийному номеру.
Описание расширенных команд и референсная реализация утилиты сканирования доступны в репозитории.
Поддержка быстрого Modbus в прошивках
| Устройство | Версия прошивки с поддержкой «быстрого Modbus» |
|---|---|
| WB-MRx, WB-MWAC | 1.19.0 |
| WB-MDM3 | 2.6.0 |
| WB-LED, WB-MRGBW-D | 3.2.0 |
| WB-MSx, WB-MSWx, WB-MIR, WB-M1W2 | 4.23.0 |
| WB-MAI11 | не поддерживается |
| WB-MAI6 | 2.0.0 |
| WB-MAO4 | 2.2.0 |
| WB-MAPx | 2.4.0 |
| WB-MIO | 1.6.0 |
| WB-REF-U | 1.4.0 |
| WB-REF-DF | 1.1.0 |