Это статья должна помочь в реализации проекта HMI Scada.
Первое разберем два термина: шина и протокол.
Шина – это линия связи, которую несколько устройств используют для обмена данными. По сути, это физическая линия. Сколько проводов, как устроен кабель, какое напряжение на линии и многое другое; зависит от конкретной шины.
Интерфейс – это комплекс мер по установке и проведению связи между двумя и более устройствами.
Протокол — это набор правил и стандартов, который определяет, как данные передаются и принимаются в сети.
Что такое протокол MODBUS и все его особенности?
Modbus представляет собой протокол, построенный по принципу master-slave (ведущий-ведомый). Modbus допускает наличие в структуре только одного ведущего устройства и от 1 до 247 ведомых.
По правилам протокола Modbus, передача сообщения может инициироваться только ведущим устройством, ведомые этого делать не могут. Поэтому если ведомое устройство отмечает такое событие, как «остановились насосы подачи воды в систему охлаждения атомного реактора», то оно не может проинформировать об этом ведущее устройство до тех пор, пока ведущее не пришлет ему запрос о том, как идут дела. Идеология протокола такова, что ведущему устройству адрес не присваивается, а ведомые пронумерованы от 1 до 247.
Адрес «0» зарезервирован в качестве адреса широковещательной передачи сообщений, предназначенных всем ведомым устройствам. Такое сообщение получают все ведомые устройства, но ответ на него не предусмотрен.
Обмен сообщениями по принципу «запрос-ответ»
Сообщения-команды, исходящие от ведущего устройства, именуются запросами, а ответные сообщения, присылаемые ведомым устройством, ответами. Формат сообщения на рис. 1 показывает упрощенную структуру как запросов, так и ответов.
Ведущее устройство не имеет адреса вообще, поэтому в поле адреса всегда указывается номер ведомого устройства.
Если это запрос, то он направляется ведомому устройству с указанным адресом.
Если сообщение является ответом, то оно поступает от ведомого устройства с проставленным в этом поле адресом.
Сообщение-запрос всегда содержит тот или иной код функции, например, код 03 — это функция «Чтение регистров хранения». В этом случае ведущее устройство должно указать диапазон номеров подлежащих считыванию регистров. Ведомое устройство отвечает на такой запрос сообщением, содержащим запрошенные данные, с учётом указанного в запросе диапазона регистров.
Формат сообщения одинаков для всех кодов функций, но содержимое поля данных, естественно, для разных кодов будет различным. В последнем поле каждого сообщения помещается код ошибки, формируемый устройством-отправителем, так что устройство-получатель может проверить целостность пришедшего сообщения.
Описанный сценарий предполагает успешный обмен «запрос-ответ». Если же ведомое устройство хочет сообщить об ошибке или об исключительной ситуации (исключении), то оно модифицирует поле кода функции, устанавливая в старший значащий разряд кода значение «1». В поле данных помещается информация, описывающая исключение. Но и при этом ведущее устройство может выделить тот код функции, который оно посылало ведомому устройству в своем запросе.
Следует отметить, что ведущее устройство может перейти к отправке следующего запроса тому же самому или другому ведомому устройству только по завершении предыдущего цикла «запрос-ответ». Это отличает данный протокол от других, таких как DeviceNet, которые могут отправлять команду, предназначенную сразу нескольким ведомым устройствам, и затем переходить в режим ожидания ответов. При этом никакого определённого порядка очерёдности ответов не существует.
В протокол Modbus возможность широковещательной передачи запросов по нескольким адресам не заложена, поэтому имеет место определённая потеря времени, так как при каждом запросе со стороны ведущего устройства ведомое устройство должно не только получить сам запрос, но также его обработать и на него ответить, и после этого ведущее устройство может перейти к следующему циклу обмена.
В качестве физического уровня стандарт предусматривает использование интерфейсов RS-232, RS-422 и RS-485. Также существует реализация для TCP/IP – Modbus TCP.
Адрес устройства
Сеть Modbus может состоять из нескольких slave-устройств (от 1-го до 247-ми), но master должен быть только один. Каждое из подчиненных устройств имеет свой собственный адрес, соответственно, ведущий может адресовать свое сообщение или запрос конкретному slave-устройству.
Кроме того, поддерживаются широковещательные сообщения, которые принимают все подчиненные. Но разница заключается в том, что опознав сообщение, адресованное именно ему, подчиненное устройство отправляет ведущему ответ. На широковещательные же запросы подчиненные отвечать не могут.
На адреса slave накладываются некоторые ограничения:
- диапазон допустимых адресов – 1…247. Значения адресов от 248 до 255 являются зарезервированными, а адрес 0 используется для передачи широковещательных сообщений.
- master адреса не имеет, он в сети и так один.
- два подчиненных устройства не могут иметь одинаковые адреса.
SlaveID – это адрес устройства, может принимать значение от 0 до 247, адреса с 248 до 255 зарезервированы.
Код функции
Код функции (Function code) в протоколе Modbus определяет, какое действие необходимо выполнить серверному устройству.
Значения кодов функций лежат в диапазоне от 1 до 255, причём коды от 128 до 255 зарезервированы для сообщений об ошибках. Код 0 не используется.
Для кодов из диапазонов 65–72 и 100–110 пользователи могут реализовать собственные функции.
Некоторые коды, например 9, 10, 13 и другие, зарезервированы определёнными поставщиками для своего оборудования и закрыты для общего использования.
Не входящие в эти два подмножества коды относятся к публичным — это задокументированные функции, находящиеся в открытом доступе.
Коды функций определены в документации Modicon Modbus Reference Guide и Modbus Application Protocol Specification. Поскольку в этих документах имеются разночтения по наименованиям функций и количеству функциональных кодов, то рекомендуется пользоваться вторым из них. Несмотря на то что кодам функций отведён диапазон от 1 до 127, в качестве предназначенных для общего пользования кодов определены примерно 20 кодов. В этот же диапазон входят коды, назначение которых определяется каждым отдельным пользователем.
Следует иметь в виду, что многие Modbus-устройства поддерживают только небольшие подмножества имеющихся кодов. Чтобы понять, как происходит работа с входами-выходами, мы рассмотрим только те функциональные коды, которые обеспечивают доступ к однобитовым и 16-битовым данным. Перечень рассматриваемых кодов приведён на рисунке.
Как видно из рисунка, одноразрядные коды функций относятся к дискретным входам и выходам, а 16-разрядные — к входным регистрам и регистрам хранения.
При этом к входным регистрам применима только функция чтения, а к выходным — как чтения, так и записи.
Заметим также, что имеется чёткая привязка каждого кода функции к определённому диапазону адресов входов-выходов. Например, функциональный код 06 (запись одного регистра) относится только к диапазону адресов 40001 — 50000 и ни к какому другому.
Следовательно, при описании сообщения можно указывать не абсолютный адрес входа или выхода, а задать величину смещения относительно базового адреса. Таким образом, в данном случае вместо адреса 40001 мы указываем просто 0000.
Здесь пора разъяснить один из наиболее запутанных аспектов протокола Modbus, касающийся ссылок на адреса входов-выходов.
При разработке протокола компания Modicon приняла решение нумеровать физические координаты точек, входящих в тот или иной диапазон, начиная с 0, а не с 1.
Дискретный выход 1 адресуется в сообщении как ячейка 0000, а не 00001.
Дискретный вход 1 адресуется как ячейка 0000, а не 10001.
То же самое относится и к регистру хранения 1, которому поставлена в соответствие ячейка 40001, — его адрес записывается в виде 0000.
Код функции всегда ассоциирован с конкретным диапазоном адресов входов-выходов, и поэтому для однозначной идентификации координат точки достаточно указать величину её смещения относительно базового адреса.
Смещение записывается в виде 16-разрядного слова и при просмотре реального Modbus-сообщения отображается соответствующим шестнадцатеричным числом, а в таблице распределения регистров Modbus все адреса даются в виде десятичных чисел.
Поэтому регистру 40016 соответствует чиcло 0х000F, которое является шестнадцатеричным представлением разности 40016 — 40001.
На первый взгляд всё кажется запутанным, но на самом деле это важно только для специалистов, которые занимаются написанием драйверов для систем с протоколом Modbus.
Данные и типы данных
Типы данных протокола Modbus представлены в таблице:
| Название | Тип данных | Тип доступа |
| Дискретные входы (Discrete Inputs) | один бит | только чтение |
| Регистры флагов (Coils) | один бит | чтение и запись |
| Регистры ввода (Input Registers) | 16-битное слово | только чтение |
| Регистры хранения (Holding Registers) | 16-битное слово | чтение и запись |
Для чтения значений из этих выше таблиц данных используются функции с кодами (смотри таблицу выше) 1—4 (0x01—0x04):
1 (0x01) — чтение значений из нескольких регистров флагов (Read Coil Status)
2 (0x02) — чтение значений из нескольких дискретных входов (Read Discrete Inputs)
3 (0x03) — чтение значений из нескольких регистров хранения (Read Holding Registers)
4 (0x04) — чтение значений из нескольких регистров ввода (Read Input Registers)
| 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 |
Coil (флаг) в протоколе Modbus — это дискретные выходы устройства или внутренние значения.
Holding Registers (регистры хранения) в протоколе Modbus — это 16-битные регистры, доступные для чтения и записи. Они используются для хранения различных данных
Modbus использует архитектуру Master-Slave, которая относительно недавно была переименована разработчиком в Client-Server. Согласно этому подходу в сети выделяется клиентское (ведущее) устройство, которое периодически отправляет запросы на серверные (ведомые) устройства с целью чтения или записи их параметров.
Контрольная сумма
Содержит рассчитанное при помощи специального алгоритма число для проверки целостности пакета. В качестве алгоритма для расчетов используется CRC-16 или LRC-8.
В некоторых реализациях протокола поле отсутствует — например, в Modbus TCP, где контроль целостности пакета обеспечивается средствами протокола TCP/IP.
Например, мы передаем сообщение «Умный дом». Считаем количество согласных букв в этом сообщении, получаем 4 согласных буквы. Также считаем длину сообщения – 9. В начале сообщения мы передаем: длина сообщения – 9, количество согласных – 4. Приемная сторона получает сообщения и производит те же вычисления. Если хоть один символ был потерян или принят лишний (и такое бывает), то есть была допущена ошибка, то эти цифры не совпадут. Будет сформирован сигнал «Ошибка приема сообщения».
Пакет данных
Пакет данных Modbus включает в себя постоянную часть PDU (Protocol Data Unit), общую для всех реализаций протокола и состоящую из кода функции и данных. Кроме этого, возможен ряд специфических полей, которые будут различаться в зависимости от физического уровня сети — чаще всего это адрес серверного устройства и контрольная сумма для выявления ошибок.
С учетом дополнительных полей полный пакет Modbus носит название ADU (Application Data Unit).
Передача пакета данных
Рассмотрим передачу пакетов в Modbus. Протокол обеспечивает клиент-серверное взаимодействие в режиме Request/Response (Запрос/ответ). Клиент (Master) инициирует запрос в серверное устройство (Slave) , передавая в PDU код функции и данные. В зависимости от физического уровня сети в пакете могут быть дополнительные поля, рассмотренные выше.
Если обработка запроса проходит без ошибок, то сервер возвращает пакет, содержащий исходный код функции и запрошенные данные.
При возникновении ошибки серверное устройство возвращает в качестве данных код исключения, а вместо исходного кода функции — его значение, увеличенное на 128 (0x80 в шестнадцатеричной системе HEX).
Также предусмотрены тайм-ауты на стороне клиента во избежание длительного ожидания ответа от вышедших из строя устройств.
Разновидности Modbus: ASCII, TCP и RTU
Modbus — это протокол прикладного (седьмого) уровня модели OSI (Open Systems Interconnection model). Он не зависит от нижележащих уровней и может использоваться совместно с другими протоколами, например Ethernet TCP/IP или UDP/IP, а в качестве физической среды для передачи сигналов применять последовательные интерфейсы RS-232, RS-422, RS-485, оптоволокно, радиоканалы и другое.
Опишем отличия наиболее известных реализаций протокола Modbus: RTU, ASCII и TCP.
| Modbus RTU | RS-232 RS-422 RS-485 | Двоичный вариант кодирования данных. Разделителем между пакетами служит временной интервал. То есть сообщение должно начинаться и заканчиваться паузой в течение определенного промежутка времени. Это время не должно быть меньше, чем время передачи 3.5 символов при использующейся скорости передачи данных.Кроме того, в процессе передачи пакета данных не должно быть пауз длительностью, превышающей время передачи 1.5 символов. Соответственно, Modbus RTU очень критичен к временным задержкам, но зато размер пакетов меньше, чем в Modbus ASCII. |
| Modbus ASCII | RS-232 RS-422 RS-485 | В данном случае для обмена данными используются исключительно ASCII символы. И в отличие от Modbus RTU начало и конец сообщений определяются специальными символами.Начало пакета – ASCII символ “:” (0x3A), конец – “CR + LF” (0x0D + 0x0A). |
| Modbus TCP | TCP/IP | Протокол используется при передаче данных с использованием TCP/IP. |
Modbus RTU (Remote Terminal Unit)
Это разновидность протокола, которая в качестве физического уровня сети чаще всего использует последовательный интерфейс RS-485, реже — RS-232 и RS-422. По сути, все эти интерфейсы определяют связь с помощью витых пар, но различаются характеристиками вида максимальной длины кабеля, количества узлов и так далее.
Формат пакета Modbus RTU в целом совпадает с обобщенной формой, описанной ранее: дополнительные поля не используются. Контроль целостности пакетов ведется с помощью алгоритма CRC-16.
Важная особенность Modbus RTU в том, что для разделения пакетов должны использоваться временные паузы продолжительностью не менее чем произведение 3,5*t, где t — время передачи одного байта в текущей сети. А передача байтов данных в пределах одного пакета производится последовательно с промежутком времени между соседними байтами не более 1,5*t, иначе передача будет считаться ложной. Эти правила не дают использовать Modbus RTU в медленных, например модемных, сетях.
Modbus ASCII
Это разновидность протокола, также работающая поверх интерфейсов RS-232/RS-485, но для кодирования сообщений использующая ASCII-символы.
По сравнению с Modbus RTU в формате пакета добавляются еще два поля — специальные символы для отметки начала и конца сообщения: двоеточие и символы возврата каретки / перевода строки. Временные паузы между пакетами не нужны. Для проверки целостности применяется алгоритм LRC-8.
В целом этот вариант протокола сейчас используется крайне редко — из-за сложностей кодирования и большого размера сообщений. Однако он может стать хорошей альтернативой Modbus RTU на линиях с сетевыми задержками и оборудовании с менее точными таймерами.
Modbus TCP. Это реализация ModBus в сетях Ethernet. Работает поверх TCP/IP стека.
В отличие от Modbus RTU и ASCII, в Modbus TCP соединение устанавливается с конкретным устройством средствами TCP/IP. Поэтому адрес в пакете Modbus чаще всего игнорируется, а широковещательная рассылка сообщений не используется. Однако адрес может потребоваться, если соединение устанавливается со шлюзом, который, в свою очередь, выводит на сеть RS485 — чтобы далее общаться с устройствами уже на языке Modbus.
Контроль целостности пакетов также обеспечивается средствами протокола TCP/IP, поэтому нет необходимости в его Modbus-реализации.
Наряду с адресом в заголовке пакета Modbus TCP присутствует ряд дополнительных полей:
- ID транзакции (или ID обмена) Чаще всего заполняется нулями. Необходим для случаев, когда клиентское устройство отправляет несколько сообщений, не дожидаясь ответа на предыдущие, чтобы затем связать ответы с запросами.
- ID протокола Всегда заполняется нулями, зарезервирован для будущего использования.
- Длина остатка пакета Длина оставшейся части пакета: адреса и PDU (кода функции и данных).
Мы рассмотрели только открытые и самые распространенные реализации протокола Modbus. Но их гораздо больше, например MODBUS Plus — проприетарный протокол от Schneider Electric, поддерживающий режим Multi-Master.
Примеры
Modbus RTU
Рассмотрим формирование пакетов Modbus RTU на примере функции Read Coils с кодом 1.
Эта функция, кроме передачи собственного кода, требует наличия в запросе адреса первого Coil-регистра и количества регистров, которые необходимо прочитать.
В случае успешного выполнения запроса в ответе будут возвращены код функции, число байт, необходимое для вывода запрошенных Coil-регистров, и статус всех этих регистров.
Предположим, нам нужно обратиться к серверному устройству (слейв) с адресом 1 и прочитать 19 его Coil-регистров с номерами 20–38.
Адресация регистров ведется с 0, поэтому адрес первого нужного нам регистра будет 0x13 (это 19 в HEX-системе). Требуемое для чтения количество регистров также будет равно 0x13 (для чтения запрошено 19).
В качестве адреса и кода функции указываем 01.
Контрольная сумма формируется по алгоритму CRC-16 на основе других полей пакета.
В случае отсутствия ошибок в ответе вернутся без изменений адрес серверного устройства и код функции.
Для расчета числа байтов, которые потребуются для возврата состояния регистров, нужно разделить запрошенное количество регистров на 8 и к результату прибавить 1, если остаток от деления не равен 0.
В нашем случае результат деления 19 на 8 равен 2, но остаток положительный — поэтому для вывода регистров потребуется 2+1=3 байта. Это значение будет указано в ответе после кода функции. И далее будут следовать 3 байта, описывающие состояние выбранных регистров.
Например, первый байт будет описывать состояние 8 Coil-регистров с номерами 27-20.
Если в поле, к примеру, содержится HEX-значение CD — статус соответствующих 8 регистров такой: 1100 1101.
Если в процессе обработки запроса на серверном устройстве возникнет ошибка (например, обнаружен несуществующий адрес регистра), то в ответе будет содержаться измененный код функции, равный исходному коду плюс смещение 0x80 — в нашем примере 0x81, и код исключения — в нашем примере 03, что значит неверный формат запроса. С полным перечнем возможных исключений можно ознакомиться в документации.
Другой пример
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
| 11 | Адрес устройства SlaveID (17 = 11 hex) |
| 03 | Функциональный код Function Code (читаем Analog Output Holding Registers) |
| 006B | Адрес первого регистра (40108-40001 = 107 =6B hex) |
| 0003 | Количество требуемых регистров (чтение 3-х регистров с 40108 по 40110) |
| 7687 | Контрольная сумма CRC |
В ответе от Modbus RTU Slave устройства мы получим:
11 03 06 AE41 5652 4340 49AD
Где:
| 11 | Адрес устройства (17 = 11 hex) | SlaveID |
| 03 | Функциональный код | Function Code |
| 06 | Количество байт далее (6 байтов идут следом) | Byte Count |
| AE | Значение старшего разряда регистра (AE hex) | Register value Hi (AO0) |
| 41 | Значение младшего разряда регистра (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 |
HEX (шестнадцатеричный код) В этой системе счисления используются цифры от 0 до 9 и буквы от A до F для обозначения чисел от 0 до 15. Каждая цифра в шестнадцатеричном числе представляет четыре бита двоичного числа, что делает его удобным для представления двоичных данных в более компактной форме.Например, двоичное число 1101 1010 может быть записано как DA в шестнадцатеричной системе. Ссылка на конвертор
Еще пример
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 | Адрес первого регистра Hi байт | 05 | Количество байт далее |
| 13 | Адрес первого регистра Lo байт | 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 (0001 1011).
| Каналы | – | – | – | DO 56 | DO 55 | DO 54 | DO 53 | DO 52 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Биты | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| Hex | 1B | |||||||
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 |
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 | ||
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 |
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.
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 |
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 | Кол-во записанных рег. Hi байт |
| 0A | Количество регистров Lo байт | 0A | Кол-во записанных рег. Lo байт |
| 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.
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 | ||
Какие бывают ошибки запроса Modbus?
Если устройство получило запрос, но запрос не может быть обработан, то устройство ответит кодом ошибки.
Ответ будет содержать измененный Функциональный код, старший бит будет равен 1.
Пример:
| Было | Стало |
|---|---|
| Функциональный код в запросе | Функциональный код ошибки в ответе |
| 01 (01 hex) 0000 0001 | 129 (81 hex) 1000 0001 |
| 02 (02 hex) 0000 0010 | 130 (82 hex) 1000 0010 |
| 03 (03 hex) 0000 0011 | 131 (83 hex) 1000 0011 |
| 04 (04 hex) 0000 0100 | 132 (84 hex) 1000 0100 |
| 05 (05 hex) 0000 0101 | 133 (85 hex) 1000 0101 |
| 06 (06 hex) 0000 0110 | 134 (86 hex) 1000 0110 |
| 15 (0F hex) 0000 1111 | 143 (8F hex) 1000 1111 |
| 16 (10 hex) 0001 0000 | 144 (90 hex) 1001 0000 |
Пример запроса и ответ с ошибкой:
| Байт | Запрос | Байт | Ответ |
|---|---|---|---|
| (Hex) | Название поля | (Hex) | Название поля |
| 0A | Адрес устройства | 0A | Адрес устройства |
| 01 | Функциональный код | 81 | Функциональный код с измененным битом |
| 04 | Адрес первого регистра Hi байт | 02 | Код ошибки |
| A1 | Адрес первого регистра Lo байт | B0 | Контрольная сумма CRC |
| 00 | Количество регистров Hi байт | 53 | Контрольная сумма CRC |
| 01 | Количество регистров Lo байт | ||
| AC | Контрольная сумма CRC | ||
| 63 | Контрольная сумма CRC | ||
Расшифровка кодов ошибок
| 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. |