Modbus rtu описание протокола. Сетьевой протокол - Modbus
В этой статье вы узнаете о протоколе Modbus TCP, который является развитием протокола Modbus RTU. Англоязычная версия статьи доступна на ipc2u.com .
Куда посылать команду Modbus TCP?
В сети Ethernet адресом устройства является его IP-адрес. Обычно устройства находятся в одной подсети, где IP адреса отличаются последними цифрами 192.168.1.20 при использовании самой распространённой маски подсети 255.255.255.0.
Интерфейсом является сеть Ethernet , протоколом передачи данных – TCP/IP .
Используемый TCP-порт: 502 .
Описание протокола Modbus TCP
Команда Modbus TCP состоит из части сообщения Modbus RTU и специального заголовка.
Из сообщения Modbus RTU удаляется SlaveID адрес в начале и CRC контрольная сумма в конце, что образует PDU, Protocol Data Unit.
Ниже приведен пример запроса Modbus RTU для получения значения AO аналогового выхода (holding registers) из регистров от #40108 до 40110 с адресом устройства 17.
11 03 006B 0003 7687
Отбрасываем адрес устройства SlaveID и контрольную сумму CRC и получаем PDU:
03 006B 0003
К началу получившегося сообщения PDU добавляется новый 7-байтовый заголовок, который называется MBAP Header (Modbus Application Header). Этот заголовок имеет следующие данные:
Transaction Identifier (Идентификатор транзакции) : 2 байта устанавливаются Master, чтобы однозначно идентифицировать каждый запрос. Может быть любыми. Эти байты повторятся устройством Slave в ответе, поскольку ответы устройства Slave не всегда могут быть получены в том же порядке, что и запросы.
Protocol Identifier (Идентификатор протокола) : 2 байта устанавливаются Master, всегда будут = 00 00, что соответствует протоколу Modbus.
Length (Длина) : 2 байта устанавливаются Master, идентифицирующие число байтов в сообщении, которые следуют далее. Считается от Unit Identifier до конца сообщения.
Unit Identifier (Идентификатор блока или адрес устройства) : 1 байт устанавливается Master. Повторяется устройством Slave для однозначной идентификации устройства Slave.
Итого получаем:
Modbus RTU | Slave ID | Запрос | CRC |
---|---|---|---|
Modbus RTU | 11 | 03 006B 0003 | 7687 |
0001 0000 0006 11 | 03 006B 0003 | ||
PDU | |||
ADU, Application Data Unit |
В ответе от Modbus TCP Slave устройства мы получим:
0001 0000 0009 11 03 06 022B 0064 007F
0001 | Идентификатор транзакции | Transaction Identifier |
0000 | Идентификатор протокола | Protocol Identifier |
0009 | Длина (9 байтов идут следом) | Message Length |
11 | Адрес устройства (17 = 11 hex) | Unit Identifier |
03 | Функциональный код (читаем Analog Output Holding Registers) | Function Code |
06 | Количество байт далее (6 байтов идут следом) | Byte Count |
02 | (02 hex) | Register value Hi (AO0) |
2B | (2B hex) | Register value Lo (AO0) |
00 | Значение старшего разряда регистра (00 hex) | Register value Hi (AO1) |
64 | Значение младшего разряда регистра (64 hex) | Register value Lo (AO1) |
00 | Значение старшего разряда регистра (00 hex) | Register value Hi (AO2) |
7F | Значение младшего разряда регистра (7F hex) | Register value Lo (AO2) |
Регистр аналогового выхода AO0 имеет значение 02 2B HEX или 555 в десятичной системе.
Регистр аналогового выхода АО1 имеет значение 00 64 HEX или 100 в десятичной системе.
Регистр аналогового выхода АО2 имеет значение 00 7F HEX или 127 в десятичной системе.
Типы команд Modbus TCP
Приведем таблицу с кодами функций чтения и записи регистров Modbus TCP.
Код функции | Что делает функция | Тип значения | Тип доступа | |
---|---|---|---|---|
01 (0x01) | Чтение DO | Read Coil Status | Дискретное | Чтение |
02 (0x02) | Чтение DI | Read Input Status | Дискретное | Чтение |
03 (0x03) | Чтение AO | Read Holding Registers | 16 битное | Чтение |
04 (0x04) | Чтение AI | Read Input Registers | 16 битное | Чтение |
05 (0x05) | Запись одного DO | Force Single Coil | Дискретное | Запись |
06 (0x06) | Запись одного AO | Preset Single Register | 16 битное | Запись |
15 (0x0F) | Запись нескольких DO | Force Multiple Coils | Дискретное | Запись |
16 (0x10) | Запись нескольких AO | Preset Multiple Registers | 16 битное | Запись |
Как послать команду Modbus TCP на чтение дискретного вывода? Команда 0x01
Эта команда используется для чтения значений дискретных выходов DO.
В запросе PDU задается начальный адрес первого регистра DO и последующее количество необходимых значений DO. В PDU значения DO адресуются, начиная с нуля.
Значения DO в ответе находятся в одном байте и соответствуют значению битов.
Значения битов определяются как 1 = ON и 0 = OFF.
Младший бит первого байта данных содержит значение DO адрес которого указывался в запросе. Остальные значения DO следуют по нарастающей к старшему значению байта. Т.е. справа налево.
Если запрашивалось меньше восьми значений DO, то оставшиеся биты в ответе будут заполнены нулями (в направлении от младшего к старшему байту). Поле Byte Count Количество байт далее указывает количество полных байтов данных в ответе.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
01 | Идентификатор транзакции | 01 | Идентификатор транзакции |
02 | 02 | ||
00 | Идентификатор протокола | 00 | Идентификатор протокола |
00 | 00 | ||
00 | Длина сообщения | 00 | Длина сообщения |
06 | 04 | ||
01 | Адрес устройства | 01 | Адрес устройства |
01 | Функциональный код | 01 | Функциональный код |
00 | 01 | Количество байт далее | |
00 | 02 | Значение регистра DO 0-1 | |
00 | Количество регистров Hi байт | ||
02 | Количество регистров Lo байт |
Состояния выходов DO0-1 показаны как значения байта 02 hex, или в двоичной системе 0000 0010.
Значение DO1 будет вторым справа, а значение DO0 будет первым справа (младший бит).
Шесть остальных битов заполнены нулями до полного байта, т.к. их не запрашивали.
Модули с дискретным выводом: ioLogik E1211 , ET-7060 , ADAM-6060
Как послать команду Modbus TCP на чтение дискретного ввода? Команда 0x02
Эта команда используется для чтения значений дискретных входов DI.
Запрос и ответ для DI похож на запрос для DO.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
01 | Идентификатор транзакции | 01 | Идентификатор транзакции |
02 | 02 | ||
00 | Идентификатор протокола | 00 | Идентификатор протокола |
00 | 00 | ||
00 | Длина сообщения | 00 | Длина сообщения |
06 | 04 | ||
01 | Адрес устройства | 01 | Адрес устройства |
02 | Функциональный код | 02 | Функциональный код |
00 | Адрес первого регистра Hi байт | 01 | Количество байт далее |
00 | Адрес первого регистра Lo байт | 03 | Значение регистра DI 0-1 |
00 | Количество регистров Hi байт | ||
02 | Количество регистров Lo байт |
Состояния выходов DI 0-1 показаны как значения байта 03 hex, или в двоичной системе 0000 0011.
Значение DI1 будет вторым справа, а значение DI0 будет первым справа (младший бит).
Шесть остальных битов заполнены нулями.
Модули с дискретным вводом: ioLogik E1210 , ET-7053 , ADAM-6050
Как послать команду Modbus TCP на чтение аналогового вывода? Команда 0x03
Эта команда используется для чтения значений аналоговых выходов AO.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
01 | Идентификатор транзакции | 01 | Идентификатор транзакции |
02 | 02 | ||
00 | Идентификатор протокола | 00 | Идентификатор протокола |
00 | 00 | ||
00 | Длина сообщения | 00 | Длина сообщения |
06 | 07 | ||
01 | Адрес устройства | 01 | Адрес устройства |
03 | Функциональный код | 03 | Функциональный код |
00 | Адрес первого регистра Hi байт | 04 | Количество байт далее |
00 | Адрес первого регистра Lo байт | 02 | Значение регистра Hi (AO0) |
00 | Количество регистров Hi байт | 2B | Значение регистра Lo (AO0) |
02 | Количество регистров Lo байт | 00 | Значение регистра Hi (AO1) |
64 | Значение регистра Lo (AO1) |
Состояния выхода AO0 показаны как значения байта 02 2B hex, или в десятичной системе 555.
Состояния выхода AO1 показаны как значения байта 00 64 hex, или в десятичной системе 100.
Модули с дискретным вводом: ioLogik E1210 , ET-7053 , ADAM-6050
Как послать команду Modbus TCP на чтение аналогового ввода? Команда 0x04
Эта команда используется для чтения значений аналоговых входов AI.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
01 | Идентификатор транзакции | 01 | Идентификатор транзакции |
02 | 02 | ||
00 | Идентификатор протокола | 00 | Идентификатор протокола |
00 | 00 | ||
00 | Длина сообщения | 00 | Длина сообщения |
06 | 07 | ||
01 | Адрес устройства | 01 | Адрес устройства |
04 | Функциональный код | 04 | Функциональный код |
00 | Адрес первого регистра Hi байт | 04 | Количество байт далее |
00 | Адрес первого регистра Lo байт | 00 | Значение регистра Hi (AI0) |
00 | Количество регистров Hi байт | 0A | Значение регистра Lo (AI0) |
02 | Количество регистров Lo байт | 00 | Значение регистра Hi (AI1) |
64 | Значение регистра Lo (AI1) |
Состояния выхода AI0 показаны как значения байта 00 0A hex, или в десятичной системе 10.
Состояния выхода AI1 показаны как значения байта 00 64 hex, или в десятичной системе 100.
Модули с аналоговым вводом: ioLogik E1240 , ET-7017-10 , ADAM-6217
Как послать команду Modbus TCP на запись дискретного вывода? Команда 0x05
Эта команда используется для записи одного значения дискретного выхода DO.
Значение FF 00 hex устанавливает выход в состояние включен ON.
Значение 00 00 hex устанавливает выход в состояние выключен OFF.
Все остальные значения недопустимы и не будут влиять на состояние выхода.
Нормальный ответ на такой запрос - это эхо (повтор запроса в ответе), возвращается после того, как состояние DO было изменено.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
01 | Идентификатор транзакции | 01 | Идентификатор транзакции |
02 | 02 | ||
00 | Идентификатор протокола | 00 | Идентификатор протокола |
00 | 00 | ||
00 | Длина сообщения | 00 | Длина сообщения |
06 | 06 | ||
01 | Адрес устройства | 01 | Адрес устройства |
05 | Функциональный код | 05 | Функциональный код |
00 | Адрес регистра Hi байт | 00 | Адрес регистра Hi байт |
01 | Адрес регистра Lo байт | 01 | Адрес регистра Lo байт |
FF | Значение Hi байт | FF | Значение Hi байт |
00 | Значение Lo байт | 00 | Значение Lo байт |
Модули с дискретным выводом: ioLogik E1211 , ET-7060 , ADAM-6060
Как послать команду Modbus TCP на запись аналогового вывода? Команда 0x06
Эта команда используется для записи одного значения аналогового выхода AO.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
01 | Идентификатор транзакции | 01 | Идентификатор транзакции |
02 | 02 | ||
00 | Идентификатор протокола | 00 | Идентификатор протокола |
00 | 00 | ||
00 | Длина сообщения | 00 | Длина сообщения |
06 | 06 | ||
01 | Адрес устройства | 01 | Адрес устройства |
06 | Функциональный код | 06 | Функциональный код |
00 | Адрес регистра Hi байт | 00 | Адрес регистра Hi байт |
01 | Адрес регистра Lo байт | 01 | Адрес регистра Lo байт |
55 | Значение Hi байт | 55 | Значение Hi байт |
FF | Значение Lo байт | FF | Значение Lo байт |
Состояние выхода AO0 поменялось на 55 FF hex, или в десятичной системе 22015.
Модули с аналоговым выводом: ioLogik E1241 , ET-7028 , ADAM-6224
Как послать команду Modbus TCP на запись нескольких дискретных выводов? Команда 0x0F
Эта команда используется для записи нескольких значений дискретного выхода DO.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
01 | Идентификатор транзакции | 01 | Идентификатор транзакции |
02 | 02 | ||
00 | Идентификатор протокола | 00 | Идентификатор протокола |
00 | 00 | ||
00 | Длина сообщения | 00 | Длина сообщения |
08 | 06 | ||
01 | Адрес устройства | 01 | Адрес устройства |
0F | Функциональный код | 0F | Функциональный код |
00 | Адрес первого регистра Hi байт | 00 | Адрес первого регистра Hi байт |
00 | Адрес первого регистра Lo байт | 00 | Адрес первого регистра Lo байт |
00 | Количество регистров Hi байт | 00 | |
02 | Количество регистров Lo байт | 02 | |
01 | Количество байт далее | ||
02 | Значение байт |
Состояние выхода DO1 поменялось с выключен OFF на включен ON.
Состояние выхода DO0 осталось выключен OFF.
Модули с дискретным выводом: ioLogik E1211 , ET-7060 , ADAM-6060
Как послать команду Modbus TCP на запись нескольких аналоговых выводов? Команда 0x10
Эта команда используется для записи нескольких значений аналогового выхода AO.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
01 | Идентификатор транзакции | 01 | Идентификатор транзакции |
02 | 02 | ||
00 | Идентификатор протокола | 00 | Идентификатор протокола |
00 | 00 | ||
00 | Длина сообщения | 00 | Длина сообщения |
0B | 06 | ||
01 | Адрес устройства | 01 | Адрес устройства |
10 | Функциональный код | 10 | Функциональный код |
00 | Адрес первого регистра Hi байт | 00 | Адрес первого регистра Hi байт |
00 | Адрес первого регистра Lo байт | 00 | Адрес первого регистра Lo байт |
00 | Количество регистров Hi байт | 00 | Кол-во записанных рег. Hi байт |
02 | Количество регистров Lo байт | 02 | Кол-во записанных рег. Lo байт |
04 | Количество байт далее | ||
00 | Значение Hi AO0 байт | ||
0A | Значение Lo AO0 байт | ||
01 | Значение Hi AO1 байт | ||
02 | Значение Lo AO1 байт |
Состояние выхода AO0 поменялось на 00 0A hex, или в десятичной системе 10.
Modbus -коммуникационный протокол, основан на архитектуре ведущий-ведомый (master-slave). Использует для передачи данных интерфейсы RS-485, RS-422, RS-232, а также Ethernet сети TCP/IP (протокол Modbus TCP).
Сообщение Modbus RTU состоит из адреса устройства SlaveID, кода функции, специальных данных в зависимости от кода функции и CRC контрольной суммы.
Если отбросить SlaveID адрес и CRC контрольную сумму, то получится PDU, Protocol Data Unit.
SlaveID – это адрес устройства, может принимать значение от 0 до 247, адреса с 248 до 255 зарезервированы.
Данные в модуле хранятся в 4 таблицах.
Две таблицы доступны только для чтения и две для чтения-записи.
В каждой таблице помещается 9999 значений.
Номер регистра | Адрес регистра HEX | Тип | Название | Тип |
---|---|---|---|---|
1-9999 | 0000 до 270E | Чтение-запись | Discrete Output Coils | DO |
10001-19999 | 0000 до 270E | Чтение | Discrete Input Contacts | DI |
30001-39999 | 0000 до 270E | Чтение | Analog Input Registers | AI |
40001-49999 | 0000 до 270E | Чтение-запись | Analog Output Holding Registers | AO |
В сообщении Modbus используется адрес регистра.
Например, первый регистр AO Holding Register, имеет номер 40001, но его адрес равен 0000.
Разница между этими двумя величинами есть смещение offset.
Каждая таблица имеет свое смещение, соответственно: 1, 10001, 30001 и 40001.
Ниже приведен пример запроса Modbus RTU для получения значения AO аналогового выхода (holding registers) из регистров от #40108 до 40110 с адресом устройства 17.
11 03 006B 0003 7687
В ответе от Modbus RTU Slave устройства мы получим:
11 03 06 AE41 5652 4340 49AD
11 | Адрес устройства (17 = 11 hex) | SlaveID |
03 | Функциональный код | Function Code |
06 | Количество байт далее (6 байтов идут следом) | Byte Count |
AE | (AE hex) | Register value Hi (AO0) |
41 | (41 hex) | Register value Lo (AO0) |
56 | Значение старшего разряда регистра (56 hex) | Register value Hi (AO1) |
52 | Значение младшего разряда регистра (52 hex) | Register value Lo (AO1) |
43 | Значение старшего разряда регистра (43 hex) | Register value Hi (AO2) |
40 | Значение младшего разряда регистра (40 hex) | Register value Lo (AO2) |
49 | Контрольная сумма | CRC value Lo |
AD | Контрольная сумма | CRC value Hi |
Регистр аналогового выхода AO0 имеет значение AE 41 HEX или 44609 в десятичной системе.
Регистр аналогового выхода AO1 имеет значение 56 52 HEX или 22098 в десятичной системе.
Регистр аналогового выхода AO2 имеет значение 43 40 HEX или 17216 в десятичной системе.
Значение AE 41 HEX - это 16 бит 1010 1110 0100 0001, может принимать различное значение, в зависимости от типа представления.
Значение регистра 40108 при комбинации с регистром 40109 дает 32 бит значение.
Пример представления.
Тип представления | Диапазон значений | Пример в HEX | Будет в десятичной форме |
---|---|---|---|
16-bit unsigned integer | 0 до 65535 | AE41 | 44,609 |
16-bit signed integer | -32768 до 32767 | AE41 | -20,927 |
two character ASCII string | 2 знака | AE41 | ® A |
discrete on/off value | 0 и 1 | 0001 | 0001 |
32-bit unsigned integer | 0 до 4,294,967,295 | AE41 5652 | 2,923,517,522 |
32-bit signed integer | -2,147,483,648 до 2,147,483,647 | AE41 5652 | -1,371,449,774 |
32-bit single precision IEEE floating point number | 1,2·10−38 до 3,4×10+38 | AE41 5652 | -4.395978 E-11 |
four character ASCII string | 4 знака | AE41 5652 | ® A V R |
Какие бывают команды Modbus RTU?
Приведем таблицу с кодами функций чтения и записи регистров Modbus RTU.
Код функции | Что делает функция | Тип значения | Тип доступа | |
---|---|---|---|---|
01 (0x01) | Чтение DO | Read Coil Status | Дискретное | Чтение |
02 (0x02) | Чтение DI | Read Input Status | Дискретное | Чтение |
03 (0x03) | Чтение AO | Read Holding Registers | 16 битное | Чтение |
04 (0x04) | Чтение AI | Read Input Registers | 16 битное | Чтение |
05 (0x05) | Запись одного DO | Force Single Coil | Дискретное | Запись |
06 (0x06) | Запись одного AO | Preset Single Register | 16 битное | Запись |
15 (0x0F) | Запись нескольких DO | Force Multiple Coils | Дискретное | Запись |
16 (0x10) | Запись нескольких AO | Preset Multiple Registers | 16 битное | Запись |
Как послать команду Modbus RTU на чтение дискретного вывода? Команда 0x01
Эта команда используется для чтения значений дискретных выходов DO.
В запросе PDU задается начальный адрес первого регистра DO и последующее количество необходимых значений DO. В PDU значения DO адресуются, начиная с нуля.
Значения DO в ответе находятся в одном байте и соответствуют значению битов.
Значения битов определяются как 1 = ON и 0 = OFF.
Младший бит первого байта данных содержит значение DO адрес которого указывался в запросе. Остальные значения DO следуют по нарастающей к старшему значению байта. Т.е. справа на лево.
Если запрашивалось меньше восьми значений DO, то оставшиеся биты в ответе будут заполнены нулями (в направлении от младшего к старшему байту). Поле Byte Count Количество байт далее указывает количество полных байтов данных в ответе.
Пример запроса DO с 20 по 56 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес первого регистра будет 0013 hex = 19, т.к. счет ведется с 0 адреса (0014 hex = 20, -1 смещение нуля = получаем 0013 hex = 19).
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
11 | Адрес устройства | 11 | Адрес устройства |
01 | Функциональный код | 01 | Функциональный код |
00 | 05 | Количество байт далее | |
13 | CD | Значение регистра DO 27-20 (1100 1101) | |
00 | Количество регистров Hi байт | 6B | Значение регистра DO 35-28 (0110 1011) |
25 | Количество регистров Lo байт | B2 | Значение регистра DO 43-36 (1011 0010) |
0E | Контрольная сумма CRC | 0E | Значение регистра DO 51-44 (0000 1110) |
84 | Контрольная сумма CRC | 1B | Значение регистра DO 56-52 (0001 1011) |
45 | Контрольная сумма CRC | ||
E6 | Контрольная сумма CRC |
Состояния выходов DO 27-20 показаны как значения байта CD hex, или в двоичной системе 1100 1101.
В регистре DO 56-52 5 битов справа были запрошены, а остальные биты заполнены нулями до полного байта (000 1 1011).
Модули с дискретным выводом: M-7065 , ioLogik R1214 , ADAM-4056S
Как послать команду Modbus RTU на чтение дискретного ввода? Команда 0x02
Эта команда используется для чтения значений дискретных входов DI.
Пример запроса DI с регистров от #10197 до 10218 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес первого регистра будет 00C4 hex = 196, т.к. счет ведется с 0 адреса.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
11 | Адрес устройства | 11 | Адрес устройства |
02 | Функциональный код | 02 | Функциональный код |
00 | Адрес первого регистра Hi байт | 03 | Количество байт далее |
C4 | Адрес первого регистра Lo байт | AC | Значение регистра DI 10204-10197 (1010 1100) |
00 | Количество регистров Hi байт | DB | Значение регистра DI 10212-10205 (1101 1011) |
16 | Количество регистров Lo байт | 35 | Значение регистра DI 10218-10213 (0011 0101) |
BA | Контрольная сумма CRC | 20 | Контрольная сумма CRC |
A9 | Контрольная сумма CRC | 18 | Контрольная сумма CRC |
Модули с дискретным вводом: M-7053 , ioLogik R1210 , ADAM-4051
Как послать команду Modbus RTU на чтение аналогового вывода? Команда 0x03
Эта команда используется для чтения значений аналоговых выходов AO.
Пример запроса AO с регистров от #40108 до 40110 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес первого регистра будет 006B hex = 107, т.к. счет ведется с 0 адреса.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
11 | Адрес устройства | 11 | Адрес устройства |
03 | Функциональный код | 03 | Функциональный код |
00 | Адрес первого регистра Hi байт | 06 | Количество байт далее |
6B | Адрес первого регистра Lo байт | AE | Значение регистра Hi #40108 |
00 | Количество регистров Hi байт | 41 | Значение регистра Lo #40108 |
03 | Количество регистров Lo байт | 56 | Значение регистра Hi #40109 |
76 | Контрольная сумма CRC | 52 | Значение регистра Lo #40109 |
87 | Контрольная сумма CRC | 43 | Значение регистра Hi #40110 |
40 | Значение регистра Lo #40110 | ||
49 | Контрольная сумма CRC | ||
AD | Контрольная сумма CRC |
Модули с аналоговым выводом: M-7024 , ioLogik R1241 , ADAM-4024
Как послать команду Modbus RTU на чтение аналогового ввода? Команда 0x04
Эта команда используется для чтения значений аналоговых входов AI.
Пример запроса AI с регистра #30009 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес первого регистра будет 0008 hex = 8, т.к. счет ведется с 0 адреса.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
11 | Адрес устройства | 11 | Адрес устройства |
04 | Функциональный код | 04 | Функциональный код |
00 | Адрес первого регистра Hi байт | 02 | Количество байт далее |
08 | Адрес первого регистра Lo байт | 00 | Значение регистра Hi #30009 |
00 | Количество регистров Hi байт | 0A | Значение регистра Lo #30009 |
01 | Количество регистров Lo байт | F8 | Контрольная сумма CRC |
B2 | Контрольная сумма CRC | F4 | Контрольная сумма CRC |
98 | Контрольная сумма CRC |
Модули с аналоговым вводом: M-7017 , ioLogik R1240 , ADAM-4017+
Как послать команду Modbus RTU на запись дискретного вывода? Команда 0x05
Эта команда используется для записи одного значения дискретного выхода DO.
Значение FF 00 hex устанавливает выход в значение включен ON.
Значение 00 00 hex устанавливает выход в значение выключен OFF.
Все остальные значения недопустимы и не будут влиять значение на выходе.
Нормальный ответ на такой запрос - это эхо (повтор запроса в ответе), возвращается после того, как состояние DO было изменено.
Пример записи в DO с регистром #173 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес регистра будет 00AC hex = 172, т.к. счет ведется с 0 адреса.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
11 | Адрес устройства | 11 | Адрес устройства |
05 | Функциональный код | 05 | Функциональный код |
00 | Адрес первого регистра Hi байт | 00 | Адрес первого регистра Hi байт |
AC | Адрес первого регистра Lo байт | AC | Адрес первого регистра Lo байт |
FF | Значение Hi байт | FF | Значение Hi байт |
00 | Значение Lo байт | 00 | Значение Lo байт |
4E | Контрольная сумма CRC | 4E | Контрольная сумма CRC |
8B | Контрольная сумма CRC | 8B | Контрольная сумма CRC |
Состояние выхода DO173 поменялось с выключен OFF на включен ON.
Модули с дискретным выводом: M-7053 , ioLogik R1210 , ADAM-4051
Как послать команду Modbus RTU на запись аналогового вывода? Команда 0x06
Эта команда используется для записи одного значения аналогового выхода AO.
Пример записи в AO с регистром #40002 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес первого регистра будет 0001 hex = 1, т.к. счет ведется с 0 адреса.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
11 | Адрес устройства | 11 | Адрес устройства |
06 | Функциональный код | 06 | Функциональный код |
00 | Адрес первого регистра Hi байт | 00 | Адрес первого регистра Hi байт |
01 | Адрес первого регистра Lo байт | 01 | Адрес первого регистра Lo байт |
00 | Значение Hi байт | 00 | Значение Hi байт |
03 | Значение Lo байт | 03 | Значение Lo байт |
9A | Контрольная сумма CRC | 9A | Контрольная сумма CRC |
9B | Контрольная сумма CRC | 9B | Контрольная сумма CRC |
Модули с аналоговым выводом: M-7024 , ioLogik R1241 , ADAM-4024
Как послать команду Modbus RTU на запись нескольких дискретных выводов? Команда 0x0F
Эта команда используется для записи нескольких значений дискретного выхода DO.
Пример записи в несколько DO с регистрами от #20 до #29 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес регистра будет 0013 hex = 19, т.к. счет ведется с 0 адреса.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
11 | Адрес устройства | 11 | Адрес устройства |
0F | Функциональный код | 0F | Функциональный код |
00 | Адрес первого регистра Hi байт | 00 | Адрес первого регистра Hi байт |
13 | Адрес первого регистра Lo байт | 13 | Адрес первого регистра Lo байт |
00 | Количество регистров Hi байт | 00 | |
0A | Количество регистров Lo байт | 0A | |
02 | Количество байт далее | 26 | Контрольная сумма CRC |
CD | Значение байт DO 27-20 (1100 1101) | 99 | Контрольная сумма CRC |
01 | Значение байт DO 29-28 (0000 0001) | ||
BF | Контрольная сумма CRC | ||
0B | Контрольная сумма CRC |
В ответе возвращается количество записанных регистров.
Модули с дискретным выводом: M-7053 , ioLogik R1210 , ADAM-4051
Как послать команду Modbus RTU на запись нескольких аналоговых выводов? Команда 0x10
Эта команда используется для записи нескольких значений аналогового выхода AO.
Пример записи в несколько AO с регистрами #40002 и #40003 для SlaveID адреса устройства 17. Адрес первого регистра будет 0001 hex = 1, т.к. счет ведется с 0 адреса.
Байт | Запрос | Байт | Ответ |
---|---|---|---|
(Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
11 | Адрес устройства | 11 | Адрес устройства |
10 | Функциональный код | 10 | Функциональный код |
00 | Адрес первого регистра Hi байт | 00 | Адрес первого регистра Hi байт |
01 | Адрес первого регистра Lo байт | 01 | Адрес первого регистра Lo байт |
00 | Количество регистров Hi байт | 00 | Кол-во записанных рег. Hi байт |
02 | Количество регистров Lo байт | 02 | Кол-во записанных рег. Lo байт |
04 | Количество байт далее | 12 | Контрольная сумма CRC |
00 | Значение Hi 40002 | 98 | Контрольная сумма CRC |
0A | Значение Lo 40002 | ||
01 | Значение Hi 40003 | ||
02 | Значение Lo 40003 | ||
C6 | Контрольная сумма CRC | ||
F0 | Контрольная сумма CRC |
Интерфейс RS-48
Стандарт ANSI TIA/EIA-485, более известный как RS485, определяет сбалансированный способ надёжной передачи данных на длинные расстояния в условиях промышленных помех. Также стандарт определяет топологию сети и описывает способы согласования полного сопротивления линии интерфейса и предоставляет результаты лабораторных тестов.
Физически, интерфейс RS485 является дифференциальным, обеспечивает многоточечные соединения и позволяет передавать и принимать данные в обоих направлениях.
Упрощённо, сеть интерфейса RS485 представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары - двух скрученных проводов (см. рис. 2.1).
Типовая разница напряжений между линиями A и B передатчика равна 3В, минимальная 1.5В, максимальная 5В.
Разница напряжений между линиями A и B на приёмнике должна быть не менее 0.2В и абсолютная разница потенциалов относительно общего провода должно быть в диапазоне (-7…+12)В.
Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов. Именно этой разностью потенциалов и передается сигнал. Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. Максимальная скорость связи прибора по интерфейсу RS485 может достигать нескольких Мбод. Максимальное расстояние - 1200 метров. Если необходимо организовать связь на расстоянии больше чем 1200 метров или подключить больше устройств, чем допускает нагрузочная способность передатчика - применяют специальные повторители (репитеры). Типовое правило для расчёта максимальной длины линии связи таково: произведение скорости передачи в бодах на длину в метрах должно дать результат не более чем 108.
При значительных расстояниях между устройствами, связанными по витой паре или высоких скоростях передачи начинают проявляться так называемые эффекты длинных линий. Электромагнитный сигнал имеет свойство отражаться от открытых концов линии передачи и ее ответвлений. Фронт сигнала, отразившийся от конца линии, может исказить текущий или следующий сигнал. В таких случаях нужно подавлять эффект отражения.
Существуют стандартные решения этой проблемы (R, RC - терминаторы). У любой линии связи есть такой параметр, как волновое сопротивление Zв. Оно зависит от характеристик используемого кабеля и не зависит от его длины. Для обычно применяемых в линиях связи витых пар волновое сопротивление Zв составляет (90-120) Ом. Рассмотрим варианты:
- Если на удаленном конце линии, между проводниками витой пары включить резистор с номинальным омическим сопротивлением равным волновому сопротивлению линии, то электромагнитная волна, дошедшая до ≪тупика≫ поглощается на таком резисторе. Отсюда его названия - согласующий резистор или ≪терминатор≫ . Помимо достоинств этого метода (повышение скорости, увеличение длины и подавление отражений), есть и недостатки (дополнительная нагрузка на драйверы повышает энергопотребление, остальные ответвления линии продолжают вносить искажения, драйвер приёмника находится в неоднозначном состоянии: либо режим ожидания, либо режим приёма).
- Если на удалённом конце вместо резистора установить RC цепочку R=(90-120) Ом, С=1000 пФ, то можно устранить проблему повышенного энергопотребления и проблему неопределённости драйвера приёмника (для приёмников с функциями open-line и failsafe). Но из-за постоянной времени RC цепи, максимальная скорость передачи и длинна линии будут меньшими.
Эффект отражения и необходимость правильного согласования накладывают ограничения на конфигурацию линии связи (топология сети). Линия связи должна представлять собой один кабель витой пары. К этому кабелю присоединяются все приемники и передатчики (гирлянда). Расстояние от линии до микросхем интерфейса RS485 должно быть как можно короче, так как длинные ответвления вносят рассогласование и вызывают отражения. В оба наиболее удаленных конца кабеля включают терминаторы. Калибр витой пары достаточно не более AWG24.
Следует также сказать, что к линии интерфейса все устройства подключаются через специализированные микросхемы (драйверы интерфейса RS485). Они могут быть разных производителей и с различными техническими параметрами и как следствие различной стоимости. Эти драйверы в значительной степени могут определять эксплуатационные свойства приборов: дальность передачи, количество приборов в одном участке сети и надёжность передачи.
Протокол MODBUS
MODBUS - это протокол уровня приложений (уровень 7 модели OSI), что обеспечивает связь между устройствами, соединёнными различными каналами связи и сетями.
Де-факто, MODBUS является стандартом в сетях промышленного назначения с 1979 года. Он обеспечивает связь миллионам устройств во всём мире, в том числе и через Интернет. Есть различные реализации протокола:
- Для асинхронных беспроводных, оптических и проводных каналов связи (RS-232, RS-485, RS-422)
- Для TCP/IP (порт 502) через интернет
- MODBUS-PLUS - для высокоскоростных сетей с передачей меток (high speed token passing network)
Кроме того, разнородные участки сетей могут объединяться шлюзами (специальными конверторами).
Для асинхронных последовательных каналов связи существует две реализации MODBUS-SERIAL-LINE протокола МODBUS-RTU и MODBUS-ASCII (уровень 1 и 2 модели OSI). Разница между ними заключается в способе кодировки данных, способе синхронизации фреймов, и алгоритме обеспечения целостности данных. В нашем случае, в сети RS485 обмен данными реализован посредством протокола MODBUS-RTU. Далее по тексту будем рассматривать ситуацию только в этом аспекте.
MODBUS-SERIAL-LINE протокол - это протокол типа MASTER-SLAVE (протокол запросов-ответов). Ведущий в сети (MASTER) всегда один. Каждый подчинённый (SLAVE) должен иметь уникальный номер 1-247. Адрес 0 - это широковещательный запрос, адресованный сразу всем подчинённым. Таким образом, логически в одном участке сети может быть до 248 устройств (включая MASTER). Каждый запрос содержит код функции. Под MODBUS функциями понимают определённые сервисы предоставляемые подчинёнными ведущему. Таким образом, роль клиента играет MASTER, а роль сервера, с определённым набором функций-сервисов, SLAVE.
Функции протокола MODBUS
Каждый SLAVE может содержать уникальный набор функций-сервисов, но есть и ряд стандартных функций, которые подробно описаны в документе (www.modbus.org ). Также полезная информация может быть найдена в документе “MODBUS over serial line specification and implementation guide” (www.modbus.org ).
Поддерживаемые нами функции (см. табл. 4.1 - 4.2).
В более ранних версиях приборов (до 2010г) были реализованы лишь пользовательские функции, но со временем стало понятно, что для обеспечения совместного использования приборов с ПЛК (минуя ПК) необходимы и стандартные функции.
Будьте внимательны и обратите внимание на то, что стандартные функции оперируют только со словами (16-бит) и в формате big-endian, но при этом формат контрольной суммы CRC16 little-endian! Поэтому, для исключения разночтений в описании протокола MODBUS, в части порядка следования байт контрольной суммы CRC16, стоит пользоваться нехитрым правилом: правильно посчитанная контрольная сумма неповреждённого пакета (с участием 2-ух последних байт CRC16) всегда равна нулю.
Правильный запрос: CRC16 (1 104 0 0 8 0 103 195) = 0
Неверный запрос: CRC16 (1 104 0 0 8 0 195 103) <> 0
Стандартные функции (см. таб. 4.1) подробно описаны в документе “MODBUS Application Protocol Specification” (www.modbus.org ).
Функция 108 «Служебные команды» имеет следующие коды подфункций (см. таб. 4.8).
Подфункции, возвращающие какие-либо данные, имеют префикс GET. Подфункции, не возвращающие данных, не содержат поля данных и, при удачном выполнении, возвращаются эхом.
Подфункции 1 и 2, возвращающие номер тома всегда возвращают 4-х байтное значение типа DWORD.
Подфункции 3 и 4, возвращающие номера страниц могут возвращать как 2-х байтные (WORD), так и 4-х байтные (DWORD) значения, в зависимости от модели прибора.
Карты распределения памяти приборов
В следующих таблицах представлены карты распределения памяти приборов. Следует отметить тот факт, что в стандартных MODBUS функциях размеры типов данных могут отличаться от типов данных пользовательских функций (в большую сторону) в случае, если размер типа данных не кратен типу WORD (2 байта).
Порядок следования байт указан в столбце Order. Обозначение BE соответствует порядку big endian, а LE - little endian.
Операции, доступные для данной переменной, указываются в последнем столбце rw (read-write). R - разрешается только чтение, W - разрешается только запись, RW - разрешается, как чтение, так и запись.
Массивы обозначены словом array, а количество элементов массив указано в квадратных скобках [n].
Однофазный прибор OMIX измеряет 7 параметров качества электроэнергии, в массивах памяти (array) они расположены в следующем порядке -напряжение, -ток, - частота, - полная мощность, - активная мощность, - реактивная мощность, - cos(Φ).
Использованные источники информации
- Electrical Characteristics of Balanced Voltage Digital Interface Circuits, ANSI/TIA/EIA-422-B-1994, Telecommunications Industry Association, 1994
- Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems, ANSI/TIA/EIA-485-A-1998, Telecommunications Industry Association, 1998
- Application Guidelines for TIA/EIA-485-A, TIA/EIA Telecommunications Systems Bulletin, Telecommunications Industry Association, 1998
- A Comparison of Differential Termination Techniques, Joe Vo, National Semiconductor, Application Note AN-903
- Data Transmission Design Seminar Reference Manual, 1998, Texas Instruments, literature number SLLE01
- Data Transmission Line Circuits Data Book, 1998, Texas Instruments, literature number SLLD001
- MODBUS Application Protocol Specification
- MODBUS over serial line specification and implementation guide
ООО «Автоматика» 2012
Одним из преимуществ Modbus является отсутствие необходимости в специальных интерфейсных контроллерах (Profibus и CAN требуют для своей реализации заказные микросхемы), простота программной реализации и элегантность принципов функционирования. Все это снижает затраты на освоение стандарта как системными интеграторами, так и разработчиками контроллерного оборудования. Высокая степень открытости протокола обеспечивается также полностью бесплатными текстами стандартов, которые можно скачать с сайта www.modbus.org.
В России Modbus по распространенности конкурирует только с Profibus. Популярность протокола в настоящее время объясняется, прежде всего, совместимостью с большим количеством оборудования, которое имеет протокол Modbus. Кроме того, Modbus имеет высокую достоверность передачи данных, связанную с применением надежного метода контроля ошибок. Modbus позволяет унифицировать команды обмена благодаря стандартизации номеров (адресов) регистров и функций их чтения-записи.
Основным недостатком Modbus является сетевой обмен по типу "ведущий/ведомый", что не позволяет ведомым устройствам передавать данные по мере их появления и поэтому требует интенсивного опроса ведомых устройств ведущим.
Разновидностями Modbus являются протоколы Modbus Plus [Modicon ] - многомастерный протокол с кольцевой передачей маркера и Modbus TCP [Modbus ], рассчитанный на использование в сетях Ethernet и интернет.
Протокол Modbus имеет два режима передачи: RTU (Remote Terminal Unit – «удаленное терминальное устройство») и ASCII. Стандарт предусматривает, что режим RTU в протоколе Modbus должен присутствовать обязательно, а режим ASCII является опционным. Пользователь может выбирать любой из них, но все модули, включенные в сеть Modbus, должны иметь один и тот же режим передачи.
Мы рассмотрим только протокол Modbus RTU, поскольку Modbus ASCII в России практически не используется. Отметим, что Modbus ASCII нельзя путать с частно-фирменным протоколом DCON, который используется в модулях фирм Advantech и ICP DAS и не соответствует стандарту Modbus.
Стандарт Modbus предусматривает применение физического интерфейса RS-485, RS-422 или RS-232. Наиболее распространенным для организации промышленной сети является 2-проводной интерфейс RS-485. Для соединений точка-точка может быть использован интерфейс RS-232 или RS-422.
В стандарте Modbus имеются обязательные требования, рекомендуемые и опционные (необязательные). Существует три степени соответствия стандарту: «полностью соответствует» - когда протокол соответствует всем обязательным и всем рекомендуемым требованиям, «условно соответствует» - когда протокол соответствует только обязательным требованиям и не соответствует рекомендуемым, и «не соответствует».
Модель OSI протокола Modbus содержит три уровня: физический, канальный и прикладной.
По умолчанию в RTU режиме бит паритета устанавливают равным 1, если количество двоичных единиц в байте нечетное, и равным 0, если оно четное. Такой паритет называют четным (even parity) и метод контроля называют контролем четности .
При четном количестве двоичных единиц в байте бит паритета может быть равен 1. В этом случае говорят, что паритет является нечетным (odd parity). Контроль четности может отсутствовать вообще. В этом случае вместо бита паритета должен использоваться второй стоповый бит. Для обеспечения максимальной совместимости с другими продуктами рекомендуется использовать возможность замены бита паритета на второй стоповый бит. Ведомые устройства могут воспринимать любой из вариантов: четный, нечетный паритет или его отсутствие. Структура Modbus RTU сообщенияСообщения Modbus RTU передаются в виде кадров, для каждого из которых известно начало и конец. Признаком начала кадра является пауза (тишина) продолжительностью не менее 3,5 шестнадцатеричных символов (14 бит). Кадр должен передаваться непрерывно. Если при передаче кадра обнаруживается пауза продолжительностью более 1,5 шестнадцатеричных символа (6 бит), то считается, что кадр содержит ошибку и должен быть отклонен принимающим модулем. Эти величины пауз должны строго соблюдаться при скоростях ниже 19200 бит/с, однако при более высоких скоростях рекомендуется использовать фиксированные значения паузы, 1,75 мс и 750 мкс соответственно. Контроль ошибокВ режиме RTU имеется два уровня контроля ошибок в сообщении: контроль паритета для каждого байта (опционно); контроль кадра в целом с помощью CRC метода. CRC метод используется независимо от проверки паритета. Значение CRC устанавливается в ведущем устройстве перед передачей. При приеме сообщения вычисляется CRC для всего сообщения и сравнивается с его значением, указанным в поле CRC кадра. Если оба значения совпадают, считается, что сообщение не содержит ошибки. Стартовые, стоповые биты и бит паритета в вычислении CRC не участвуют. 2.8.3. Прикладной уровеньПрикладной уровень Modbus RTU версии 1.1а описан в [Modbus ]. Он обеспечивает коммуникацию между устройствами типа "ведущий/ведомый". Прикладной уровень является независимым от физического и канального, в частности, он может использовать протоколы Ethernet TCP/IP (Modbus TCP/IP), Modbus Plus (многомастерная сеть с передачей маркера), интерфейсы RS-232, RS-422, RS-485, оптоволоконные, радиоканалы и другие физические среды для передачи сигналов. Прикладной уровень Modbus основан на запросах с помощью кодов функций . Код функции указывает ведомому устройству, какую операцию оно должно выполнить. При использовании протокола прикладного уровня с различными протоколами транспортного и канального уровня сохраняется неизменным основной блок Modbus-сообщения, включающий код функции и данные (этот блок называется PDU - "Protocol Data Unit" - "элемент данных протокола"). К блоку PDU могут добавляться дополнительные поля при использовании его в различных промышленных сетях и тогда он называется "ADU " - "Application Data Unit" - "элемент данных приложения". Коды функцийСтандартом Modbus предусмотрены три категории кодов функций: установленные стандартом, задаваемые пользователем и зарезервированные. Коды функций являются числами в диапазоне от 1 до 127. Коды в диапазоне от 65 до 72 и от 100 до 110 относятся к задаваемым пользователем функциям, в диапазоне от 128 до 255 зарезервированы для пересылки кодов ошибок в ответном сообщении. Код «0» не используется. Коды ошибок используются ведомым устройством, чтобы определить, какое действие предпринять для их обработки. Значения кодов и их смысл описаны в стандарте на Modbus RTU [Modbus ].
|
Ну что же, пора рассмотреть, чем протокол Modbus TCP
отличается от протокола Modbus RTU
. Так как отличий не очень много, то и статья будет не очень большая.
Итак, в предыдущей стать о функциях Modbus RTU
можно узнать, какие есть функции и их бинарный формат. Теперь стоит рассказать что такое Modbus TCP
, как он применяется и чем отличается от стандартного Modbus RTU
.
Modbus RTU через TCP соединение
Самый простой способ обмена Modbus сообщениями через сеть – просто передавать Modbus RTU пакеты через TCP сокет (соединение). В этом случае формат пакетов такой же, как и для Modbus RTU протокола. В принципе на этом можно и закончить по этому типу протокола.
Modbus TCP
Для обмена Modbsu сообщениями по сети решили использовать модифицированный протокол. Взяли стандартный Modbus RTU и немного его изменили. Во-первых убрали из него последних 2 байта CRC16 . Так как каждый пакет TCP/IP содержит свою контрольную суму, решили что делать проверку еще раз не нужно. Кроме того убрали первый байт Slave ID . В принципе, Как будет видно дальше, Его не убрали, а просто переименовали. Вот эти байты, без Slave ID и CRC16 назвали PDU – Protocol Data Unit .
Например, возьмем запрос Modbus RTU , который читает несколько HOLDING регистров с устройства #17 (Slave ID = 17)
11 03 006B 0003 7687Теперь убираем первый и последних 2 байта. Получаем PDU !
03 006B 0003С этим вроде все ясно. Теперь, что бы получить полноценный пакет Modbus TCP нам нужно добавить впереди MBAP Header — Modbus Application Header . Т.е. нам нужно добавить некий заголовок. Этот заголовок включает в себя Transaction ID , Protocol ID , Length и Unit ID .
Transaction ID – 2 байта, которые устанавливаются клиентом, что бы однозначно идентифицировать каждый запрос. Т.е. это просто число от 0 до 65535 уникальное для каждого запроса.
Protocol ID – 2 байта, которые определяют версию протокола. В текущей реализации всегда должны быть равны 0x00 0x00
Length – 2 байта, которые определяют длину пакета (за исключением байтов Protocol ID , Transaction ID и Length )
Unit ID – уникальный адрес устройства, которое опрашивается данной командой. Идентично Slave ID .
Небольшое отступление по поводу адресации. Может показаться что это излишне, так как TCP соединение может быть установлено только на конкретный IP адрес и порт. Т.е. у нас уже есть конкретный адрес сервера, поэтому назначение Unit ID не совсем понятно.
Но на самом деле вполне обычна ситуация, когда есть некий сервер, который просто маршрутизирует Modbus RTU запросы на другие устройства, которые подсоединены к нему по различным каналам (локальная сеть, последовательный порт, CAN интерфейс). Поэтому клиент может использовать Modbus TCP сервер как шлюз (Gateway ) для общения с устройствами за ним.
Пример Modbus TCP сервера, который используется как шлюз для перенаправления запросов на Modbus RTU устройства
Вот пример из жизни. Есть некое устройство основанное на Linux. Это устройство выступает Modbus TCP сервером. Любой клиент может подсоединиться к публичному IP адресу на порт 502 и инициировать Modbus TCP соединение. К данному Linux устройству подключены сенсоры, которые использую последовательный порт RS485. Сенсоров много, они очень простые и не могут быть подключены к Internet, у них есть только порт RS485 и они понимают только Modbus RTU . Поэтому клиенты посылают Modbus TCP запросы с Unit ID сенсоров на Modbus TCP Сервер. Сервер декодирует Modbus TCP запрос и преобразует его в Modbus RTU и отправляет в порт RS485. После того как сенсор отвечает ему, он преобразует Modbus RTU ответ в Modbus TCP ответ и отсылает его назад, к Modbus TCP клиенту, который инициировал запрос. Таким образом, имея всего один публичный IP адрес можно опрашивать онлайн сотню сенсоров, которые даже не могут быть подсоединены к Интернету или локальной сети.
А теперь наглядная схема, чем отличается Modbus RTU запрос от Modbus TCP запроса.
Посмотрим пример байтов для двух запросов:
Modbus RTU: 11 03 006B 0003 7687 Modbus TCP: 0001 0000 0006 11 03 006B 0003Пример ответа:
Modbus TCP: 0001 0000 0009 11 03 06 AE41 5652 4340 Modbus RTU: 11 03 06 AE41 5652 4340 49ADКак видите, конвертировать запросы между Modbus RTU и Modbus TCP очень просто. Хотя реализация Modbus RTU через TCP может показаться самым простым способом для маршрутизации запросов, на самом деле в Modbus TCP есть несколько положительных моментов:
- Не нужно вычислять CRC16
- Есть возможность идентифицировать пару ответ / запрос используя Transaction ID
- Можно легко добавлять свои версии протоколов, меняя константу Protocol ID