Modbus ascii описание. ЛикБез: Что такое ModBus RTU и ModBus TCP
В уроке 48 я показал пример нестандартного протокола обмена данными через интерфейс UART. Как всегда все нестандартное позволяет оптимизировать выполнение задачи, а все универсальное упрощает разработку задачи.
Существует простой универсальный протокол обмена ModBus, в котором избыточность данных и функций сведена к минимуму. Наверное, это самый распространенный протокол для организации малых распределенных систем. В последующих уроках обмен данными между устройствами я буду реализовывать по этому протоколу.
Общее описание протокола.
ModBus – открытый протокол обмена данными в малых локальных сетях. Как правило, используется для передачи данных через интерфейсы RS-232, RS-485, RS-422, в сетях TCP/IP, UDP. Благодаря своей простоте и универсальности ModBus получил широкое распространение и стал де факто стандартом в малых распределенных вычислительных системах. Практически все современные контроллеры поддерживают работу в сетях ModBus.
В сети ModBus контроллеры, как правило, соединены по топологии ”Общая шина”. Взаимодействие контроллеров происходит в соответствии с моделью master-slave (ведущий-ведомый).
В сети есть главное устройство - ведущее. А также несколько подчиненных устройств – ведомые. Обмен может быть инициирован только ведущим устройством.
Транзакция (последовательность операций при обмене данными) состоит из запроса и ответа.
Ведущее устройство может адресовать запрос любому ведомому контроллеру или инициировать широковещательное сообщение, для всех ведомых устройств одновременно.
Ведомое устройство, определив свой адрес в запросе, формирует ответ.
В запросе от ведущего устройства обязательно содержится код функции, т.е. что надо делать. Также в зависимости от функции в запросе могут содержаться данные.
Существуют 3 варианта протокола ModBus.
- ModBus ASCII – текстовый протокол. В нем используются только ASCII символы. Каждый байт передается как два шестнадцатеричных символа.
- ModBus RTU – числовой протокол. Данные передаются в двоичном виде. Байт, передаваемый по сети это число протокола.
- ModBus TCP – протокол для передачи данных в TCP/IP сетях.
Числовые и текстовые протоколы я сравнивал еще в . По производительности и скорости обмена, безусловно, преимущество имеют числовые протоколы. Ближайшие уроки будем использовать ModBus RTU. Именно этому варианту посвящена последующая информация урока.
Протокол ModBus RTU.
В сети по топологии ”Общая шина” подключены устройства (контроллеры). Стандарт ModBus допускает совместную работу до 247 контроллеров.
В каждом контроллере есть данные, собственно говоря, которыми и обмениваются устройства.
Стандарт ModBus определяет 4 типа данных.
| Тип данных | Размер | Допустимые операции |
| Регистр флагов (Coils) | 1 бит | Запись и чтение |
| Дискретные входы (Discrete Inputs) | 1 бит | Чтение |
| Регистры хранения (Holding Registers) | 16 бит | Запись и чтение |
| Регистры ввода (Input Registers) | 16 бит | Чтение |
Такое функциональное разделение данных стерлось и практически не используется. Все данные в итоге считываются из памяти контроллера и не так важно, откуда они попали в нее со входов или из регистров ввода.
На практике используются только данные Регистры хранения (Holding Registers). Доступ к данным осуществляется через 16 битный адрес. В итоге:
- данные в каждом контроллере представляют собой таблицу 16 битных регистров;
- в таблице данных может быть до 65536 элементов;
- нумерация элементов начинается с 0.
Ведущее устройство инициирует транзакцию – обмен данными. Транзакция может быть индивидуальной (запрос-ответ) или широковещательной (адресуются одновременно все ведомые устройства). Транзакция состоит из одного кадра запроса и одного кадра ответа. При широковещательной транзакции используется только кадр запроса.
Данные кадра передаются сплошным потоком. Пауза между передачей данных не должна превышать время передачи 1,5 символа. Признаком нового кадра является отсутствие обмена в сети (молчание) в течение времени необходимого на передачу 3,5 символов. Если в течение этого времени линия сети находилась в неактивном состоянии, то ведомые устройства воспринимают первое принятое данное как начало кадра.
В общем случае кадр запроса имеет следующий формат.
Адрес (8 бит).
Кадр начинается с поля адреса, которое состоит из 8 разрядов. Содержит адрес ведомого устройства, которому предназначено сообщение от ведущего. Каждое ведомое устройство должно иметь уникальный адрес от 1 до 247. И только адресуемое ведомое устройство должно ответить на запрос ведущего. В ответе сообщается ведущему устройству, с каким из ведомых установлена связь.
Адрес 0 используется в широковещательном режиме. Все ведомые устройства выполняют заданную в запросе функцию, но подтверждение не посылают.
Функция (8 бит).
Поле функции сообщает адресуемому ведомому устройству, какую операцию выполнить.
Старший бит байта функция устанавливается в 1 в ответе ведомого устройства, чтобы сообщить ведущему, что операция была выполнена с ошибкой. При успешной операции старший бит равен 0.
- Стандартные команды. Коды, определенные стандартом на протокол ModBus.
- Пользовательские команды. Для кодов 65…72 и 100…110 пользователь может сам назначить произвольную функцию.
- Зарезервированные команды. Это коды, которые не были изначально определены стандартом, но уже используются в устройствах разных производителей.
Подавляющее большинство ModBus контроллеров используют только 3 функции.
Формат ответа зависит от функции. Во многих случаях нормальный ответ полностью или частично повторяет запрос.
Данные (N * 8 бит).
В поле данных содержится информация, необходимую ведомому контроллеру для выполнения заданной функции или поле содержит данные передаваемые ведомым устройством по запросу ведущего. Длина и формат поля данных зависит от кода функции. В некоторых сообщениях данные могут отсутствовать.
Каждое данное имеет 16 разрядов (2 байта). Данные передаются старшим байтом вперед. Например, последовательная передача регистров с адресами 0 и 1 должна происходить следующим образом:
- старший байт регистра 0 ->
- младший байт регистра 0 ->
- старший байт регистра 1 ->
- младший байт регистра 1 ->.
При передаче 4х байтового числа, например, с плавающей запятой последовательность та же. Число разбивается на два 16 разрядных регистра и в каждом из них первым передается старший байт (1-> 0-> 3-> 2->).
Контрольная сумма (16 бит).
Поле контроля целостности данных сообщений. Позволяет проверять кадры на наличие ошибок. Речь идет об ошибках, появляющихся при передаче данных.
Я постараюсь в общих чертах рассказать о контрольном коде. Лучше пропустить этот параграф. Может голова треснуть. У меня, когда я затрагиваю эту тему – всегда трещит. В следующем уроке я представлю практическую реализацию вычисления контрольного кода ModBus.
В качестве контрольной суммы используется циклический избыточный код (CRC). Все биты кадра передачи собираются в огромное двоичное число. Оно делится на код порождающего полинома. Остаток от деления и есть контрольный код.
Используется полиноминальная арифметика по модулю 2. Это означает, что все действия при вычислении CRC это арифметические операции без переноса. Вычитание и сложение происходят побитно, без учета переноса из-за чего эти операции дают одинаковый результат и могут быть заменены операцией ”исключающее или”. При делении вместо вычитания делителя из делимого также используется операция ”исключающее или”. Это общий принцип вычисления CRC. Практически вычисления производятся с помощью более эффективных алгоритмов.
Контрольная сумма завершает кадр передачи. Приняв кадр, ведомое устройство по такому же алгоритму вычисляет контрольную сумму для принятых данных и сравнивает с переданным контрольным кодом в конце кадра. В результате подтверждается целостность данных кадра.
Стандарт ModBus RTU использует стандартный циклический код CRC-16 с порождающим полиномом X 16 +X 15 +X 2 +1. Это 16ти разрядный код, двоичные коэффициенты 1 1000 0000 0000 0101 (8005h в шестнадцатеричном представлении).
Сообщение рассматривается как одно последовательное двоичное число, в котором старший бит передается первым. Это число умножается на X 16 (сдвиг влево на 16 разрядов), и делится на X 16 +X 15 +X 2 +1 (1 1000 0000 0000 0101). 16ти битный остаток (предварительно инициализированный всеми единицами) и есть контрольный код сообщения.
Обработка логических ошибок.
Кроме ошибок, связанных с искажением данных при передаче могут быть логические ошибки, когда запрос принят без ошибок, но не может быть выполнен. Как правило, такие ошибки связаны с недопустимым адресом, данными, кодами и т.п. Большинство ModBus контроллеров поддерживают следующие типы ошибок.
| Код ошибки | Название | Описание |
| 01 | ILLEGAL FUNCTION | Код функции не поддерживается в контроллере |
| 02 | ILLEGAL DATA ADRESS | Недопустимый адрес данных |
| 03 | ILLEGAL DATA VALUE | Недопустимые значения данных |
| 04 | SLAVE DEVICE FAILURE | Произошла ошибка при выполнении операции |
При возникновении ошибки в ответе в поле код функции взводится старший бит и следом вместо обычных данных передается код ошибки.
Детальное рассмотрение функций.
Функция 03 – чтение регистров хранения.
Используется для чтения значений нескольких регистров хранения. В запросе передается адрес первого элемента таблицы регистров, значение которого необходимо прочитать и количество считываемых регистров. Для адреса и количества используются 16ти разрядные числа. Старший байт передается первым.
Запрошенные данные содержатся в ответе. Перед блоком данных передается байт, который содержит число прочитанных данных в байтах.
Формат запроса функции чтения регистров хранения.
| Номер байта | Номер байта в параметре | Параметр | ||
| 0 | 0 | Адрес контроллера | 01 | 01 |
| 1 | 0 | Функция | 03 | 03 |
| 2 | 1 | Начальный адрес регистров | 0008 | 00 |
| 3 | 0 | 08 | ||
| 4 | 1 | Количество регистров | 0002 | 00 |
| 5 | 0 | 02 | ||
| 6 | 1 | Контрольная сумма | 45C9 | 45 |
| 7 | 0 | C9 | ||
Ответ (адрес ведомого, код функции, количество прочитанных байтов, значения регистров).
| Номер байта | Номер байта в параметре | Параметр | Пример чтения регистров с адресами 8 и 9 | |
| 0 | 0 | Адрес контроллера | 01 | 01 |
| 1 | 0 | Функция | 03 | 03 |
| 2 | 0 | Количество прочитанных байтов | 04 | 04 |
| 3 | 1 | Значение регистра 8 | 12A5 | 12 |
| 4 | 0 | A5 | ||
| 5 | 1 | Значение регистра 9 | E020 | E0 |
| 6 | 0 | 20 | ||
| 7 | 1 | Контрольная сумма | A770 | A7 |
| 8 | 0 | 70 | ||
Функция 06 – запись в один регистр хранения.
Используется для записи в единичный регистр. В запросе передается адрес регистра и значение для него. При успешном выполнении ведомый контроллер в ответе передает копию запроса.
Формат запроса функции записи одного регистра хранения.
| Номер байта | Номер байта в параметре | Параметр | ||
| 0 | 0 | Адрес контроллера | 01 | 01 |
| 1 | 0 | Функция | 06 | 06 |
| 2 | 1 | Адрес регистра | 0009 | 00 |
| 3 | 0 | 09 | ||
| 4 | 1 | Значение регистра | 12A5 | 12 |
| 5 | 0 | A5 | ||
| 6 | 1 | Контрольная сумма | 9513 | 95 |
| 7 | 0 | 13 | ||
Ответ (повторяет запрос).
| Номер байта | Номер байта в параметре | Параметр | Пример записи в регистр 9 значения 12A5 | |
| 0 | 0 | Адрес контроллера | 01 | 01 |
| 1 | 0 | Функция | 06 | 06 |
| 2 | 1 | Адрес регистра | 0009 | 00 |
| 3 | 0 | 09 | ||
| 4 | 1 | Значение регистра | 12A5 | 12 |
| 5 | 0 | A5 | ||
| 6 | 1 | Контрольная сумма | 9513 | 95 |
| 7 | 0 | 13 | ||
Функция 16 – запись значений в регистры хранения.
Используется для записи в несколько, последовательно расположенных в таблице, регистров.
В запросе передается адрес первого регистра, количество регистров и значения для них.
В ответе возвращается начальный адрес и количество измененных регистров.
Формат запроса функции записи регистров хранения.
| Номер байта | Номер байта в параметре | Параметр | ||
| 0 | 0 | Адрес контроллера | 01 | 01 |
| 1 | 0 | Функция | 10 | 10 |
| 2 | 1 | Начальный адрес регистров | 0008 | 00 |
| 3 | 0 | 08 | ||
| 4 | 1 | Количество регистров | 0002 | 00 |
| 5 | 0 | 02 | ||
| 6 | 0 | Счетчик байтов | 04 | 04 |
| 7 | 1 | Значение регистра 8 | 12A5 | 12 |
| 8 | 0 | A5 | ||
| 9 | 1 | Значение регистра 9 | E020 | E0 |
| 10 | 0 | 20 | ||
| 11 | 1 | Контрольная сумма | AF4A | AF |
| 12 | 0 | 4A | ||
Ответ (адрес ведомого, код функции, начальный адрес и количество регистров).
| Номер байта | Номер байта в параметре | Параметр | Пример записи регистров с адресами 8 и 9 | |
| 0 | 0 | Адрес контроллера | 01 | 01 |
| 1 | 0 | Функция | 10 | 10 |
| 2 | 1 | Начальный адрес регистров | 0008 | 00 |
| 3 | 0 | 08 | ||
| 4 | 1 | Количество регистров | 0002 | 00 |
| 5 | 0 | 02 | ||
| 6 | 1 | Контрольная сумма | С00A | C0 |
| 7 | 0 | 0A | ||
ModBus и специализированные протоколы.
Теперь можете сравнить протокол ModBus со специализированном протоколом из .
| Номер байта | Формат числа | Назначение |
| 0 … 3 | float | Температура |
| 4 … 7 | float | Напряжение |
| 8 | byte | Состояние кнопки |
| 9 | byte | Резерв |
| 10, 11 | int | Контрольная сумма (сумма байтов 0 … 9 ^ 0xa1e3) |
По сравнению со специализированным протоколом:
- ModBus медленнее, его производительность ниже. Для получения такого же количества информации по сети передается намного больше данных.
- Реализация его сложнее. Требуется больше ресурсов микроконтроллера и сети.
Но достоинства во многих случаях весомее.
- За счет более сложной контрольной суммы и избыточности информации ошибки сети определяются в нем надежнее, выше достоверность данных.
- Сеть легко расширяется. Очень просто добавлять новые устройства.
- ModBus – стандартный протокол. Множество контроллеров различных производителей поддерживают его.
Пожалуй, главная причина применения нестандартных протоколов – это недостаточность вычислительных ресурсов системы.
Правда, бывает еще один повод использовать нестандартный протокол. В том числе, благодаря которому наша фирма выиграла крупный тендер. Никто кроме разработчиков не сможет подключиться к устройствам со специализированным протоколом и управлять ими. Т.е. совершенно противоположное стандартным протоколам качество. Философский закон единства противоположностей действует.
В следующем уроке будем реализовывать связь платы Ардуино и компьютера по протоколу ModBus.
Рубрика: . Вы можете добавить в закладки.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 | ||
6.3. MODBUS Serial
Первые сети MODBUS базировались на асинхронных последовательных линиях связи и получили название MODBUS RTU и MODBUS ASCII . На физическом уровне они используют стандартные последовательные интерфейсы с символьным режимом передачи (см. рис.6.1).
В настоящее время в MODBUS-IDA эти сети получили название MODBUS over Serial Line и описаны в соответствующем стандарте. В нем указываются правила и рекомендации использования на канальном и физическом уровне.
Поскольку сеть MODBUS RTU/ASCII может иметь шинную топологию, определен метод доступа к шине - это модель Ведущий/Ведомый. В сетях MODBUS RTU и MODBUS ASCII Процесс Ведущего всегда является Клиентом, а Процессы Ведомых - Серверами. Это значит, что Ведущий отсылает запросы, а Ведомые их обрабатывают. Этот запрос может быть адресован как индивидуальному узлу так и всем Ведомым на шине (broadcast).
На канальном уровне MODBUS RTU/ASCII используется адресация, ориентированная на идентификаторы узлов. Каждый Ведомый должен иметь свой уникальный адрес (1-247), Ведущий не адресуется. При индивидуальных запросах, Ведущий (с клиентским Процессом) формирует кадр с сообщением-запросом и отправляет его по указанному адресу. Ведомый (с серверным Процессом) получает этот кадр и обрабатывает сообщение. После его обработки, Ведомый формирует кадр с сообщением-ответом, и отправляет его обратно Ведущему. Кадр с сообщением-ответом носит также функции кадра подтверждения, которого Ведущий будет ждать от Ведомого течение времени, определенного тайм-аутом.
При широковещательных запросах (broadcast) используется 0-вой адрес. Широковещательные запросы не требуют подтверждения, поэтому после отправки широковещательного кадра, Ведущий не ожидает ответного кадра.
6.3.1. Канальный уровень
На рис.6.11 показан общий вид кадра MODBUS Serial. Обратите внимание, что разграничение между кадрами и тип контрольной суммы здесь не указаны, поскольку это зависит от режима передачи ASCII или RTU. В поле адреса устройства Ведущий (при запросе) указывает адрес получателя, а Ведомый (при ответе) - свой адрес. Поля MODBUS PDU описаны выше.
На временной диаграмме рис.6.12 показаны три типичные ситуации работы модели Ведущий-Ведомый на MODBUS Serial. Первая ситуация - типичный обмен в одноадресном режиме, вторая - в широковещательном, третья - реакция Ведомого на коммуникационную ошибку.
6.3.2.
MODBUS RTUДанный режим предусматривает использование 8 бит данных в 11-битном символе, который позволяет передавать по байту на символ. Формат символа в RTU режиме: 1 стартовый бит, 8 бит данных (младший бит передается первым), 1 бит паритета + 1 стоповый бит или без паритета + 2 стоповых бита.
Формат кадра MODBUS RTU приведен на рисунке 6.13. Разграничение между кадрами производится с помощью пауз между символами. Новый кадр не должен появляться на шине раньше, чем 3.5 * Тс от предыдущего, где Тс - время передачи одного символа. Если отсутствие сигнала на линии (интервал тишины) будет больше чем 1.5 * Тс приемник идентифицирует окончание кадра. С другой стороны, появление нового кадра ранее 3.5 * Тс, тоже приведет к ошибке.
Поле адреса и кода функции в RTU режиме занимают по одному байту, поскольку каждый байт передается одним символом. В качестве контрольной суммы используется два байта, посчитанные по алгоритму CRC16.
6.3.3. MODBUS ASCII
В данном режиме каждый байт сообщения передается как два ASCII символа их шестнадцатеричного представления, т.е. значение байта 03 16 будет передаваться как ASCII-код символов "0" и "3" (0110000 0110011) Таким образом, байты данных, код функции и байт поля проверки будет передаваться кодами
символов 0-9, A-F. Формат символа в ASCII-режиме: 1 стартовый бит, 7 битов данных (младший бит передается первым); 1 бит паритета + 1 стоповый бит или без паритета + 2 стоповых бита.Формат кадра приведен на рис.6.14. Как видим, для разграничения между кадрами используются стартовый символ ":" и стоповая последовательность "CR LF". Приемники на шине непрерывно отслеживают символ ":" который однозначно указывает на начало кадра. Когда он принят, приемники отлавливают поле адреса и т.д. Это очень простой способ синхронизации, который позволяет некритически относиться к паузам между символами (до 1 сек.). Адрес Ведомого и код функции занимают по два символа, согласно значению одного байта. Далее идут n * 2 символов данных, где n количество байт данных. В ASCII режиме для подсчета контрольной суммы используется алгоритм LRC. Причем контрольная сумма проводится над всеми байтами кадра, кроме стартовой и стоповой последовательности символов.
Режим ASCII накладывает меньшие требования на оборудование, за счет использования стартовой и столбовой последовательности в разграничении кадров, и нечувствительности к значительным паузам между символами. Но эти преимущества отражаются на его недостатках. RTU-режим более требователен к интервалам между кадрами, но значительно продуктивнее чем
ASCII .Пример 6.4. MODBUS. Расчет времени опроса ведомых на MODBUS-RTU.
Задача . Построить кадры форматов сообщений запросов и ответов для MODBUS RTU и рассчитать общее время опроса 10-ти аналоговых 16-битных переменных для 4-х ведомых (рис.6.15). Битовая скорость передачи данных - 19200 бит/с. Клиентский Процесс Ведущего (TSX Premium) и серверные Процессы ведомых (ПЛК TSX Micro) принимают сообщения в начале цикла, а отправляют - в конце цикла. Время цикла Ведущего = 10 мс, Ведомого - 5с .
Выполнения задания.
Доступ к внутренним аналоговым переменным TSX Micro проводится через 03 или 04 функцию, поэтому формат кадров будет выглядеть как на рис.6.16.
Учитывая, что структура других кадров - аналогичная, приводить их формат нет смысла.
Аналогично рис.6.12 построим временную диаграмму обмена (рис.6.17).
Со стороны клиентского приложения сообщение-запрос формируется с помощью коммуникационной функции, отправка данных которой через коммуникационный порт производится в конце цикла задачи, а получение из порта - в начале цикла. Такое поведение клиентской стороны вполне соответствует многим реализациям для различных ПЛК.
В TSX Micro MODBUS-сервер реализован на уровне операционной системы. Специфика реализации заключается в том, что прием MODBUS-запросов из коммуникационного порта системой проводится в начале цикла, а отправка сообщений-ответов – в конце.
Следует отметить, что реализация MODBUS-сервера может быть поддержана на уровне коммуникационного модуля, а обмен данными с памятью самого устройства производится через коммуникационные буферы. В этом случае реакция MODBUS-сервера будет значительно быстрее и не зависеть от цикла программы. Для расчета времени транзакции для других типов систем необходимо ознакомиться с деталями их реализации.
На рис.6.17 показано, что поступления кадра приходит где-то внутри цикла. Это значит, что их обработка и генерация ответа пройдет примерно через 1,5 цикла. Следует понимать, что это усредненное значение, для наихудшей оценки лучше резервировать 2 времени цикла (т.е. когда кадр пришел сразу после опроса коммуникационного порта). Таким образом время транзакции для одного ПЛК, например PLC1 (ТТ1), будет равна:
ТТ1=С5+T1.req+2*C1+T1.res+C5*2 (6.1)
ТТ1 рассчитан с учетом 2-х циклов затраченных Ведомым на генерацию ответа на сообщение-запрос. Если бы транзакция проводилась не периодически, как по условию задачи, а по возникновению события, то во время транзакции необходимо было бы включить также еще один цикл Ведущего. Несложно вывести время опроса всех ведомых:
ТТall=C5*9+C1*2+C2*2+C3*2+C4*2+T1.req+T1.res+ T2.req+T2.res+ T3.req+T3.res+ T4.req+T4.res (6.2)
Учитывая, что циклы Ведомых одинаковы, а кадры запросов и кадры ответов для всех ведомых имеют одинаковую структуру, общая формула будет иметь следующий вид:
ТТall= C5*9 + C1*8 + (T1.req+T2.req)*4(6.3)
Рассчитаем время T1.req и T2.req.
Время передачи кадра (Тframe) можно ориентировочно рассчитать по количеству символов (Nsymb) в кадре и времени передачи одного символа (Tsymb):Tframe=Nsymb*Tsymb (6.4)
Время передачи одного символа рассчитывается:
время передачи одного символа = количество бит в символе/битовая скорость;
Время передачи кадров будет равна (див.рис.6.16 и рис.6.17):
T1.req=8*(11/19200)=4,58 мс
T1.res=25*(11/19200)=14,33 мс
TTall=90+40+ (4,58+14,33)*4= 206 мс.
Таким образом, для опроса 10-ти переменных из 4-х Ведомых со скоростью 19200 бит/с необходимо затратить примерно 206 мс. Если необходим периодический опрос, желательно зарезервировать определенное время, например еще дополнительно 100 мс.
В ряде случаев, реализация функций MODBUS-Клиента ложится на операционную систему, а доступ к ним в программе ПЛК происходит через интерфейсные коммуникационные функции. В частности, это характерно для большинства ПЛК от Scneider Electric (Momentum, Quantum, TSX Micro, TSX Premium, M340). В ряде других систем - клиентскую сторону на прикладном уровне необходимо полностью прописывать в программе ПЛК, а интерфейс предоставляется только для обмена с коммуникационным портом. В этом случае система предоставляет сервисы отправки и получения сообщений (которые формирует и анализирует сама программа пользователя), и генерации и проверки контрольной суммы.
Рассмотрим пример .Пример 6.5.
MODBUS. Реализация MODBUS-клиента на TSX Twido.Задача
. Записать фрагмент программы в ПЛК Twido для считывания 3-х регистров с Ведомого с адресом 1 (рис.6.18).
Решение . В Twido клиентскую сторону MODBUS необходимо реализовывать через универсальную функцию EXCHx, которая отправляет и/или получает данные через коммуникационный порт с номером x. Параметрами функции являются таблица слов (%MW), в которых размещаются данные управления функцией, данные для отправки и буфер для приема. Если обмен будет проходить через коммуникационный порт 2, то вызов функции будет иметь следующий формат :
EXCH2 %MWy:n,
где y - номер первой переменной выделенной таблицы, n - количество слов в таблице.
Формат таблицы, то есть данных, которые необходимо заполнить, и область данных для приема одинаков для всех типов коммуникаций. Для функций 03/04 (чтение N слов) по MODBUS-RTU эта таблица будет иметь вид, приведенный в табл.6.2).
Таблица параметров состоит из 3-х частей-подтаблиц. В таблице управления функцией задаются параметры самой функции. Так в старшем байте 0-го слова указывается, что эта функция работает в обе стороны, т.е. после отправки данных, необходимо ждать ответа. Младший байт этого же слова указывает на длину таблицы передачи (в данном случае 6 байт), для того чтобы система знала о байтах которые необходимо передать (со 2-го слова по 4-е) и откуда начинается буфер приема (с 5-го слова)
. Смещение в передаче и приеме необходимо для выравнивания данных в буферах по словам.Таблица передачи содержит непосредственно сам запрос, т.е. кадр без кода CRC. Таблица приема - это буфер, который система заполнит кадром ответа, при положительном результате. Таким образом, перед использованием этой функции необходимо построить кадр запроса и ответа за исключением поля CRC (рис.6.19)
Таблица 6.2
Таблица параметров
|
Индекс в таблице |
Старший байт |
Младший байт |
|
|
Таблица управления комм. функцией |
01 (тип ф-ции отправка+приём) |
06 (длина таблицы передачи) |
|
|
03 (смещение в приёме) |
00 (смещение в передаче) |
||
|
Таблица передачи |
адрес Ведомого |
03 (номер функции) |
|
|
адрес начального регистра |
|||
|
количество регистров |
|||
|
Таблица приёма (сообщение-ответ) |
адреса Ведомого |
03 (номер функции) |
|
|
00 (байт для смещения) |
счнтчик байт |
||
|
первый регистр |
|||
|
второй регистр |
|||
|
… |
... |
||
|
N+6 |
N-ный регистр |
||
Как видим, в запросе 6 байт. Это количество необходимо вписать в младший байт 0-го слова таблицы. В ответе ожидается 9-байт. Если байты кадра ответа разместить в последовательности слов (в ПЛК Schneider Electric память адресуется словами), то старший байт первого принятого регистра (согласно условию это %MW100) будет находиться на младшем байте 2-го слова буфера, а младший байт принятого регистра придется на
старший байт 3-го слова в буфере. Таким образом, все принятые слова будут смещены, и прочитать их будет проблематично. Для устранения этой проблемы в таблице параметров функции есть поле смещения приема, в котором указывается номер байта в буфере приема, который будет сдвигать всю последовательность.Фрагмент программы будет выглядеть как на рис.6.20.
Верхняя цепочка LD предназначена для заполнения таблицы управления функцией и заполнения таблицы передачи.
Во второй цепочке производится непосредственно вызов функции. Переменная %MSG2.D возвращает логическую "1", когда функция EXCH2 обработана и результат получен. Ее использование не дает "затопить" сеть чрезмерным количеством кадров, ведь пока нет ответа на предыдущий запрос или не прошло время тайм-аута, новый запрос отправлять нельзя.
Последний цепочка предназначена для записи результата чтения в переменные %MW0:3 (таблица с 3-х слов начиная с %MW0). Переменная %MSG2.E будет равной 1-це тогда, когда есть место ошибки в вызове функции.
6.3.4.
Реализация физического уровня для MODBUS SerialВ отличие от начальной спецификации, которая ограничивалась описанием кадра, в стандарте MODBUS-IDA описываются также правила для реализации сети на физическом уровне. MODBUS over Serial Line базируется на использовании последовательных интерфейсов RS-485, RS-422 и RS-232.
Для RS-485 определена топология - это шина, в которой предусмотрено три способа подключения устройств (рис.6.21):
-
Непосредственно к магистральному (trunk) кабелю, без ответвлений;-
Через пассивную коробку подключения и кабель ответвления (Derivation);-
Через активную коробку и специфический кабель ответвления.
Интерфейсы между кабелями и элементами сети имеют следующие обозначения (см. рис.6.21): ITr - интерфейс к магистральному кабелю; IDv - интерфейс между устройством и пассивной коробкой; AUI - интерфейс между устройством и активной коробкой; LT - терминаторы линии.
Битовые скорости определены равными 9600 бит/с и 19200 бит/с (по умолчанию). Другие скорости являются опциональными. Используется метод кодирования NRZ.
При использовании RS-485 стандарт определяет правила подключения устройств по 2-х проводной и 4-х проводной схеме, а также правила совместимости 2-х проводных и 4-х проводных интерфейсов на единственной линии. Ниже рассмотрено только 2-х проводное подключение, поддержка которого является обязательным.
По сути, 2-х проводное подключение на самом деле является 3-х проводным, так как кроме линий A-(D0 ) и B+(D1 ) используется также общая линия C(Common ), которая является обязательной (рис.6.22) .
Общее количество устройств ограничено: 32 устройства на одном сегменте RS-485 без репитеров (использование репитеров разрешается). Максимальная длина кабеля зависит от скорости, типа кабеля, количества нагрузок и конфигурации сети (2-х проводная или 4-х проводная). Для битовой скорости 9600 и кабеля AWG26 максимальная длина ограничена 1000м. Кабель ответвления должен быть короче 20 м. Если используются мультипортовые коробки с n портами, то каждый кабель ответвления ограничен длиной 40/n м.
Общий сигнальный провод (Common) обязательно соединяется с экраном в одной точке шины, как правило возле узла Ведущего, либо его коробки ответвления.
Для погашения отражения волн на концах линии между D1 и D0 выставляется терминаторы линии (LT). Терминаторы разрешается выставлять только на магистральном кабеле.
В качестве терминаторов можно использовать:-
Резистор номиналом 150 Ом и мощностью 0.5 Вт;-
Последовательно соединенные конденсатор (1 нФ, 10 В минимум) и резистор номиналом 120 Ом (0.25 Вт) при использовании поляризации линииВ стандарте MODBUS Serial определены правила реализации защитного смещения (поляризации), которые предусматривают подключение питания номиналом 5 В между D1 и D0 через PullUp и PullDown резисторы для поддержания логической "1" на линии при отсутствии передачи.
Номинал резисторов выбирается от 450 Ом до 650 Ом в зависимости от количества устройств (650 Ом при большом количестве). Защитное смещение проводится только в одной точке линии, как правило на стороне Ведущего. Максимальное количество устройств с реализованной поляризацией уменьшается на 4 по сравнению с системой без поляризации. Поляризация является необязательной. Однако коммуникации на устройствах могут давать сбой при отсутствии логического сигнала. Если это так, то поляризацию необходимо реализовывать самостоятельно, или использовать существующие схемы, если таковые предусмотрены устройствами. Стандарт определяет также механический интерфейс, т.е. типы разъемов, вилок и соответствие сигналов на контактах. В качестве механического терминала можно использовать клемную колодку, экранированный RJ-45 (рис.6.23) или экранированный SUB-D9 разъем (рис.6.24).
В таблице 6.3 указано назначение контактов для коннекторов при 2-х проводном подключением по RS-485, а в таблице 6.4 по RS-232
Таблица 6.3
Предназначение контактов конекторов при подключении по RS-485
|
номера контактов |
требования к наличию |
цепь IDv |
цепь ITr |
название RS-485 |
комментарий (см. раздел 3) |
|
|
RJ45 |
SUB-D9 |
|||||
|
опционально |
PMC |
управление режимом ком. порта |
||||
|
обязательно |
D1 |
B/B" |
напряж V1, V1>V0 для лог. "1" |
|||
|
обязательно |
D0 |
A/A" |
напряж V0, V0>V1 для лог. "0" |
|||
|
желательно |
Питание 5…24 VDC |
|||||
|
обязательно |
Common |
Common |
C/C" |
Питание и сигнальная земля |
||
Таблица 6.4
Предназначение контактов конекторов при подключении по RS-232
|
DCE (модем) |
контур |
DTE |
||||||
|
номера контактов |
требования к наличию |
название |
комментарий (см. раздел 3) |
источник RS-232 |
требования к наличию |
номера контактов |
||
|
RJ45 |
SUB-D9 |
RJ45 |
SUB-D9 |
|||||
|
обязательно |
TxD |
Transmitted Data |
<< DTE |
обязательно |
||||
|
обязательно |
RxD |
Received Data |
DCE >> |
обязательно |
||||
|
опционально |
CTS |
Clear to Send |
DCE >> |
опционально |
||||
|
опционально |
RTS |
Request to Send |
<< DTE |
опционально |
||||
|
обязательно |
Common |
Signal Common |
обязательно |
|||||
В качестве кабелей для 2-х проводного типа соединения стандарт определяет двойную экранированную витую пару категорий 4 (до 600м) или 5 (до 1000м), где в одной паре идут сбалансированные сигналы D0 и D1, а во второй - сигнальная земля Common. Рекомендуемые цвета кабелей: D1 желтый; D0 коричновий; Common серый.
Пример 6.6.
MODBUS. Схема сетевых соединений MODBUS RTU.Задача
. Нарисовать схему сетевых соединений для 2-х проводной реализации шины MODBUS RTU со следующими узлами:-
PLC1: VIPA CPU 115SER 6BL32 (Ведущий) через встроенный последовательный порт процессорного модуля;-
PLC2: TSX Twido TWDLMDA40DTK (Ведомый) через коммуникационный модуль TWD NOZ 485T-
PLC3: TSX Twido TWDLMDA40DTK (Ведомый) через коммуникационный модуль TWD NOZ 485TРешение
. На рис.6.25 показана схема сетевых соединений для поставленной задачи. Спецификация сетевых средств дана в таб.6.5.Как видно из рис.6.25, PLC1 подключается к шине через пассивную коробку, а вернее через клеммную колодку, что в принципе равнозначно. Это вызвано тем, что на ПЛК подключения идет с использованием 9-штекерного SUB-D разъема, что требует разработку собственного кабеля, схема подключения (спая) которого к коннектору и к клеммной колодке показан ниже основной схемы.
Таким образом к вилке КК1 провода кабеля КМ2 необходимо припаять.
Назначение пинов розетки SER не совпадает со стандартной. Пины 8 и 3 (соответственно А (D0) и В (D1)) идут в одну пару, затем подключаются к ХТ1:1 и ХТ1:2; 5 и 6 (соответственно M5V (-5В) и P5V (+5 В)) идут в другую витую пару кабеля КМ2. Питания 5В необходимо для того, чтобы реализовать защитное смещение (асимметрию) в соответствии со стандартом. Кроме того M5V является сигнальной землей (Common).Кабель КМ2 подключается к ХТ1 согласно схеме, показанной на рис.6.25. Экран кабеля соединяется с сигнальной землей в соответствии с требованиями стандарта. Следует напомнить, что ПЛК VIPA в этой системе является Ведущим, следовательно и защитное смещение и соединения экрана с землей необходимо реализовывать именно в этом месте. Защитное смещение производится с помощью питания 5В, которое берется из порта SER и двух резисторов.
Таблица 6.5.
Спецификация сетевых средств
|
№ |
Обозначение |
Наименование |
Референс |
Колич |
Примечание |
|
PLC1 |
ПЛК VIPA 100 |
VIPA CPU 115SER 6BL32 |
1 шт. |
VIPA |
|
|
PLC2, PLC3 |
ПЛК Twido |
TWDLMDA40DTK |
2 шт. |
Schneider Electric |
|
|
MK1, MK2 |
коммуникационный модуль для реализации интерфейса RS-485, подключение под винт |
TWD NOZ 485T |
2 шт. |
Schneider Electric |
|
|
KK1 |
9-пиновий SUB-D коннектор типа вилка |
1 шт. |
|||
|
XT1 |
клеммная колодка на 4 клеммы |
1 шт. |
|||
|
TL1,TL2 |
терминаторы линии |
2 шт |
изготовляются с поз. 7 и 8 |
||
|
Резистор 120 Ом (0.25 Вт) |
2 шт. |
в составе поз.6 |
|||
|
Конденсатор 1 нФ (>10 В) |
2 шт. |
в составе поз поз.6 |
|||
|
Ru,Rd |
Резистор 500 Ом (0.25 Вт) |
2 шт |
|||
|
КМ1 |
AWG26 |
300 м |
|||
|
КМ2 |
кабель двойная экранированная витая пара 5-й категории AWG26 |
2 м |
|||
|
КМ3 |
кабель двойная экранированная витая пара 5-й категории AWG26 |
300 м |
PLC2 и PLC3 соединяются с шиной с помощью коммуникационного модуля с клеммной колодкой. Это позволяет реализовать подключение без ответвлений. Однако на колодке не предусмотрено место подключения экрана, поэтому кабель экранируется отдельно.
Терминаторы линий реализованы последовательным соединением резисторов и конденсаторов, поскольку на шине задействовано защитное смещение.
В настоящее время MODBUS Serial используется как на уровне контроллеров так и на уровне датчиков (для распределенной периферии). Его использование проблематично при наличии на шине нескольких устройств
SCADA / HMI , которые в клиент-серверной архитектуре должны быть Клиентами, ведь на MODBUS RTU/ASCII только Ведущий может быть Клиентом. Но даже в такой ситуации есть возможность организовать доставку данных всем нуждающимся узлам, если они поддерживают такой режим.Исходя из указанного, на шине MODBUS Serial можно остановить свой выбор в случае, если:
-
все устройства-Серверы поддерживают MODBUS RTU / ASCII в режиме Ведомого;-
необходимо только одно устройство-Клиент, которому необходимо инициировать обмены на шине, поддерживающий MODBUS RTU/ASCII как Ведущий;-
скорость восстановления данных - удовлетворяет условию задачи;нет необходимости в
Пришло время рассмотреть еще одну вариацию протокола Modbus – Modbus ASCII . Эта версия протокола использует для передачи данных только символы ASCII, которыми кодирует шестнадцатеричное представление бинарных данных. Немного не понятно и запутано? Это ничего, welcome под кат и давайте рассмотрим, с чем же мы имеем дело.
Разделитель пакетов
Первое отличие протокола Modbus ASCII от Modbus RTU – у него есть разделитель между пакетами. Если в Modbus RTU все пакеты шли один за одним (практически, там должна быть небольшая задержка на линии между пакетами, порядка 2-5мс), то в Modbus ASCII каждый новый пакет должен начинаться со специального символа разделителя.
По стандарту Modbus RTU между пакетами нужна задержка в 3.5 символа (это время, которое нужно для передачи 3.5 символов по линии связи, зависит от скорости передачи). Эта задержка используется, что бы детектировать новый запрос от мастера. Т.е. эта задержка указывает начало нового запроса. Но когда стали использовать модемы, это перестало работать. На модеме невозможно выдержать нужное время. Поэтому решили использовать новый вариант протокола — Modbus ASCII . Этот вариант устраняет многие неудобства при работе с модемом: есть специальный символ разделитель пакетов и используются только видимые символы ASCII.
Так вот, таким символом начала пакета служит символ двоеточие с шестнадцатеричным кодом 0x3A . А конец каждого пакета помечается символами новой строки и перевода каретки – 0x0D 0x0A . Таким образом, из протокола полностью убирается зависимость от задержек между байтами. Т.е. если модем задержит байт, это не вызовет недопонимания на стороне клиента. И он будет ждать окончания пакета байтами 0x0D 0x0A . А если встретит символ разделителя 0х3А – сбросит буфер и начнем формировать пакет заново. Кроме того нет необходимости в экранировании спец символов модема, так как данные не используют символы из начальной секции ASCII таблицы.
Представление байтов данных
В Modbus ASCII протоколе каждый байт данных представлен в виде 2 байтов. Каждый байт представляет собой ASCII символ в шестнадцатеричном представлении. Что бы легче было понять, приведем пример:
Немного объяснений для таблицы.
Например, нам нужно передать байт данных, который хранит символ # . Этот символ имеет в таблице ASCII шестнадцатеричный код 0x23 . В протоколе Modbus RTU мы просто передаем байт со значением 0x23 .
Если мы хоти передать тот же символ через протокол Modbus ASCII , нам нужно уже передавать 2 байта. На первом этапе мы получаем шестнадцатеричный код символа, 0x23 . На втором этапе мы кодируем это значение при помощи двух символов ASCII – 2 и 3 . И на третьем этапе мы передаем два байта данных, первый — это шестнадцатеричное значение символа 2 , второй байт — это шестнадцатеричное значение символа 3 .
Таким образом, диапазон значений для байта данных в протоколе Modbus RTU – 0 .. 0xFF
Диапазон значений для байта данных в протоколе Modbus ASCII – только символы, необходимые для отображения шестнадцатеричных цифр, т.е. 0 – 9, A, B, C, D, E, F (все заглавные).
Контрольная сумма для Modbus ASCII
В протоколе Modbus RTU используется 2 байтная контрольная сумма, которая помогает детектировать поврежденные запросы. В протоколе Modbus ASCII так же есть контрольная сумма – LRC (Longitudinal Redundancy Check) .
Вычисление LRC намного проще, чем вычисление CRC . Что бы высчитать LRC вам нужно сделать следующие:
- Сложить вместе все байты в сообщении Modbus ASCII , до того, как они сконвертированы в в символы ASCII. Не включаются в вычисления стартовый символ двоеточия и завершающие символы CR/LF .
- Обнулить все биты больше 8 (т.е. оставить младший байт)
- Сделать результирующий байт отрицательным чтобы получить LRC байт
Таким образом, если затем сложить все байты пакета данных и байт LRC мы получим в результате 0. Это и есть самая быстрая проверка корректности пакета данных.
Ниже приведен пример вычисления LRC для конкретного запроса Modbus ASCII .
Для примера возьмем запрос на чтение регистров #40108 — #40110 с устройства с адресом 17
Запрос: 11 03 00 6B 00 03| Данные (Десятичные) | Данные (HEX) | Данные (Двоичные) |
| 17 | 11 | 0001 0001 |
| 3 | 03 | 0000 0011 |
| 0 | 00 | 0000 0000 |
| 107 | 6B | 0110 1011 |
| 0 | 00 | 0000 0000 |
| 3 | 03 | 0000 0011 |
Теперь посчитаем сумму всех байт
Вот это отрицательное число (-130 или 0x7E ) и есть LRC запроса.
Эта контрольная сумма добавляется к запросу в виде 2 ASCII символов – 7 и E .
Т.е. в конце запроса нужно добавить 2 байта со значением 37 и 45 .
Примеры Modbus RTU и Modbus ASCII запросов
Что бы лучше понять, как все это работает, посмотрите пару простых примеров.
Возьмем наш запрос на чтение регистров #40108 — #40110 с устройства с адресом 17
Запрос: 11 03 00 6B 00 03Это Modbus RTU запрос без последних двух байтов CRC . Теперь преобразуем этот запрос из Modbus RTU в Modbus ASCII . Для этого добавляем в начало запроса символ двоеточия, в конец запроса символ перевода строки и возврата каретки, а каждый байт представим в виде ASCII символов, соответствующих шестнадцатеричному представлению каждого байта запроса. В итоге у нас получиться такой запрос (в виде ASCII символов, или попросту в виде текстовой строки). Так же в конец запроса добавляем LRC .
: 1 1 0 3 0 0 6 B 0 0 0 3 7 E CR LFТеперь просто нужно передать данный запрос в порт, используя коды ASCII символов. В бинарном виде запрос будет выглядеть так:
3A 3131 3033 3030 3642 3030 3033 3745 0D 0A| Индекс байта | Значение HEX | ASCII | Описание |
| 0 | 3A | : | Символ начала |
| 1-2 | 31 31 | 11 | Адрес устройства |
| 3-4 | 30 33 | 03 | Код команды |
| 5-8 | 30 30 36 42 | 00 6B | Адрес HOLDING регистра, с которого нужно начинать чтение. В данном случае 0х006B = 107. Но это не адрес, а смещение от адреса 40001. Т.е. реальный адрес = 107+ 40001 = 40108. |
| 9-12 | 30 30 30 33 | 00 03 | Количество регистров, которые нужно прочитать. 0х0003 = 3. Т.е. читать нужно регистры 40108– 40110. |
| 13 – 14 | 37 45 | 7E | LRC запроса |
| 15 | CR | 0D | Символ перевода каретки |
| 16 | LF | 0A | Символ новой строки |