Протокол связи modbus. Описание протокола Modbus. Представление байтов данных
Интерфейс RS-48
Стандарт ANSI TIA/EIA-485, более известный как RS485, определяет сбалансированный способ надёжной передачи данных на длинные расстояния в условиях промышленных помех. Также стандарт определяет топологию сети и описывает способы согласования полного сопротивления линии интерфейса и предоставляет результаты лабораторных тестов.
Физически, интерфейс RS485 является дифференциальным, обеспечивает многоточечные соединения и позволяет передавать и принимать данные в обоих направлениях.
Упрощённо, сеть интерфейса RS485 представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары - двух скрученных проводов (см. рис. 2.1).
Типовая разница напряжений между линиями A и B передатчика равна 3В, минимальная 1.5В, максимальная 5В.
Разница напряжений между линиями A и B на приёмнике должна быть не менее 0.2В и абсолютная разница потенциалов относительно общего провода должно быть в диапазоне (-7…+12)В.
Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов. Именно этой разностью потенциалов и передается сигнал. Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. Максимальная скорость связи прибора по интерфейсу RS485 может достигать нескольких Мбод. Максимальное расстояние - 1200 метров. Если необходимо организовать связь на расстоянии больше чем 1200 метров или подключить больше устройств, чем допускает нагрузочная способность передатчика - применяют специальные повторители (репитеры). Типовое правило для расчёта максимальной длины линии связи таково: произведение скорости передачи в бодах на длину в метрах должно дать результат не более чем 108.
При значительных расстояниях между устройствами, связанными по витой паре или высоких скоростях передачи начинают проявляться так называемые эффекты длинных линий. Электромагнитный сигнал имеет свойство отражаться от открытых концов линии передачи и ее ответвлений. Фронт сигнала, отразившийся от конца линии, может исказить текущий или следующий сигнал. В таких случаях нужно подавлять эффект отражения.
Существуют стандартные решения этой проблемы (R, RC - терминаторы). У любой линии связи есть такой параметр, как волновое сопротивление Zв. Оно зависит от характеристик используемого кабеля и не зависит от его длины. Для обычно применяемых в линиях связи витых пар волновое сопротивление Zв составляет (90-120) Ом. Рассмотрим варианты:
- Если на удаленном конце линии, между проводниками витой пары включить резистор с номинальным омическим сопротивлением равным волновому сопротивлению линии, то электромагнитная волна, дошедшая до ≪тупика≫ поглощается на таком резисторе. Отсюда его названия - согласующий резистор или ≪терминатор≫ . Помимо достоинств этого метода (повышение скорости, увеличение длины и подавление отражений), есть и недостатки (дополнительная нагрузка на драйверы повышает энергопотребление, остальные ответвления линии продолжают вносить искажения, драйвер приёмника находится в неоднозначном состоянии: либо режим ожидания, либо режим приёма).
- Если на удалённом конце вместо резистора установить RC цепочку R=(90-120) Ом, С=1000 пФ, то можно устранить проблему повышенного энергопотребления и проблему неопределённости драйвера приёмника (для приёмников с функциями open-line и failsafe). Но из-за постоянной времени RC цепи, максимальная скорость передачи и длинна линии будут меньшими.
Эффект отражения и необходимость правильного согласования накладывают ограничения на конфигурацию линии связи (топология сети). Линия связи должна представлять собой один кабель витой пары. К этому кабелю присоединяются все приемники и передатчики (гирлянда). Расстояние от линии до микросхем интерфейса RS485 должно быть как можно короче, так как длинные ответвления вносят рассогласование и вызывают отражения. В оба наиболее удаленных конца кабеля включают терминаторы. Калибр витой пары достаточно не более AWG24.
Следует также сказать, что к линии интерфейса все устройства подключаются через специализированные микросхемы (драйверы интерфейса RS485). Они могут быть разных производителей и с различными техническими параметрами и как следствие различной стоимости. Эти драйверы в значительной степени могут определять эксплуатационные свойства приборов: дальность передачи, количество приборов в одном участке сети и надёжность передачи.
Протокол MODBUS
MODBUS - это протокол уровня приложений (уровень 7 модели OSI), что обеспечивает связь между устройствами, соединёнными различными каналами связи и сетями.
Де-факто, MODBUS является стандартом в сетях промышленного назначения с 1979 года. Он обеспечивает связь миллионам устройств во всём мире, в том числе и через Интернет. Есть различные реализации протокола:
- Для асинхронных беспроводных, оптических и проводных каналов связи (RS-232, RS-485, RS-422)
- Для TCP/IP (порт 502) через интернет
- MODBUS-PLUS - для высокоскоростных сетей с передачей меток (high speed token passing network)
Кроме того, разнородные участки сетей могут объединяться шлюзами (специальными конверторами).
Для асинхронных последовательных каналов связи существует две реализации MODBUS-SERIAL-LINE протокола МODBUS-RTU и MODBUS-ASCII (уровень 1 и 2 модели OSI). Разница между ними заключается в способе кодировки данных, способе синхронизации фреймов, и алгоритме обеспечения целостности данных. В нашем случае, в сети RS485 обмен данными реализован посредством протокола MODBUS-RTU. Далее по тексту будем рассматривать ситуацию только в этом аспекте.
MODBUS-SERIAL-LINE протокол - это протокол типа MASTER-SLAVE (протокол запросов-ответов). Ведущий в сети (MASTER) всегда один. Каждый подчинённый (SLAVE) должен иметь уникальный номер 1-247. Адрес 0 - это широковещательный запрос, адресованный сразу всем подчинённым. Таким образом, логически в одном участке сети может быть до 248 устройств (включая MASTER). Каждый запрос содержит код функции. Под MODBUS функциями понимают определённые сервисы предоставляемые подчинёнными ведущему. Таким образом, роль клиента играет MASTER, а роль сервера, с определённым набором функций-сервисов, SLAVE.
Функции протокола MODBUS
Каждый SLAVE может содержать уникальный набор функций-сервисов, но есть и ряд стандартных функций, которые подробно описаны в документе (www.modbus.org ). Также полезная информация может быть найдена в документе “MODBUS over serial line specification and implementation guide” (www.modbus.org ).
Поддерживаемые нами функции (см. табл. 4.1 - 4.2).
В более ранних версиях приборов (до 2010г) были реализованы лишь пользовательские функции, но со временем стало понятно, что для обеспечения совместного использования приборов с ПЛК (минуя ПК) необходимы и стандартные функции.
Будьте внимательны и обратите внимание на то, что стандартные функции оперируют только со словами (16-бит) и в формате big-endian, но при этом формат контрольной суммы CRC16 little-endian! Поэтому, для исключения разночтений в описании протокола MODBUS, в части порядка следования байт контрольной суммы CRC16, стоит пользоваться нехитрым правилом: правильно посчитанная контрольная сумма неповреждённого пакета (с участием 2-ух последних байт CRC16) всегда равна нулю.
Правильный запрос: CRC16 (1 104 0 0 8 0 103 195) = 0
Неверный запрос: CRC16 (1 104 0 0 8 0 195 103) <> 0
Стандартные функции (см. таб. 4.1) подробно описаны в документе “MODBUS Application Protocol Specification” (www.modbus.org ).
Функция 108 «Служебные команды» имеет следующие коды подфункций (см. таб. 4.8).
Подфункции, возвращающие какие-либо данные, имеют префикс GET. Подфункции, не возвращающие данных, не содержат поля данных и, при удачном выполнении, возвращаются эхом.
Подфункции 1 и 2, возвращающие номер тома всегда возвращают 4-х байтное значение типа DWORD.
Подфункции 3 и 4, возвращающие номера страниц могут возвращать как 2-х байтные (WORD), так и 4-х байтные (DWORD) значения, в зависимости от модели прибора.
Карты распределения памяти приборов
В следующих таблицах представлены карты распределения памяти приборов. Следует отметить тот факт, что в стандартных MODBUS функциях размеры типов данных могут отличаться от типов данных пользовательских функций (в большую сторону) в случае, если размер типа данных не кратен типу WORD (2 байта).
Порядок следования байт указан в столбце Order. Обозначение BE соответствует порядку big endian, а LE - little endian.
Операции, доступные для данной переменной, указываются в последнем столбце rw (read-write). R - разрешается только чтение, W - разрешается только запись, RW - разрешается, как чтение, так и запись.
Массивы обозначены словом array, а количество элементов массив указано в квадратных скобках [n].
Однофазный прибор OMIX измеряет 7 параметров качества электроэнергии, в массивах памяти (array) они расположены в следующем порядке -напряжение, -ток, - частота, - полная мощность, - активная мощность, - реактивная мощность, - cos(Φ).
Использованные источники информации
- Electrical Characteristics of Balanced Voltage Digital Interface Circuits, ANSI/TIA/EIA-422-B-1994, Telecommunications Industry Association, 1994
- Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems, ANSI/TIA/EIA-485-A-1998, Telecommunications Industry Association, 1998
- Application Guidelines for TIA/EIA-485-A, TIA/EIA Telecommunications Systems Bulletin, Telecommunications Industry Association, 1998
- A Comparison of Differential Termination Techniques, Joe Vo, National Semiconductor, Application Note AN-903
- Data Transmission Design Seminar Reference Manual, 1998, Texas Instruments, literature number SLLE01
- Data Transmission Line Circuits Data Book, 1998, Texas Instruments, literature number SLLD001
- MODBUS Application Protocol Specification
- MODBUS over serial line specification and implementation guide
ООО «Автоматика» 2012
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.
В этой статье я попытаюсь рассказать как устроен протокол Modbus , какие данные он может хранить, в каком виде они могут храниться, как они могут быть считаны. Эта статья даст представление о том, что же такое Modbus протокол и как он может применяться.
Адресация данных в Modbus протоколе
Для хранения информации в ведомых устройствах (slave device ) используются 4 таблицы (или массива). Каждая таблица хранит информацию для схожих переменных в регистрах. Каждый регистр имеет свой размер и адрес. Так же регистры могут быть только для чтения, или для чтения – записи. Давайте рассмотрим эти 4 типа данных, которые можно хранить в регистрах:
COILS
Это цифровые выходы (Digital Outputs ). Каждый coil можно записать или считать. Его размер – 1 бит (т.е. 0 или 1). Исторически эти регистры связаны с реальными цифровыми выходами на сенсорах или терминальных устройствах. Цифровые выходы используются для управления, например светодиодами, реле или моторами. Т.е. записывая в такой регистр 1 мы можем включить светодиод, а записав 0 – выключить его (это условно, на самом деле 0 может включать, а 1 – выключать).
При чтении данного регистра мы можем узнать состояние выхода (т.е. включен он или выключен). Результат чтения так же 1 бит, т.е. 1 или 0.
CONTACTS
Это цифровые входы (Digital Inputs ). Цифровой вход можно только читать, т.е считывая данный регистр мы узнаем состояние реального цифрового входа на сенсоре или устройстве. Цифровые входы используются для контроля состояние – например, включен свет или выключен, достигла жидкость нужного уровня или нет, включено реле или нет, и т.д.
ANALOG INPUT REGISTERS
Под этим обычно имеются в виду аналоговые входы (Analog Inputs ). Аналоговые входы можно только читать, т.е их нельзя записывать, а можно только считать текущее состояние налогового входа. Обычно аналоговые входы применяются на сенсорах для измерение некоторых значений: входного тока или входного напряжения. Затем, полученное значение можно конвертировать в некоторую реальную величину, например в температуру, влажность воздуха, давление или еще что то. Для этого используются специальные формулы, которые идут вместе с сенсором. Но чаще сенсор сразу возвращает реальное значение. Например, сенсор измеряющий температуру, может возвращать измеренное значение как градусы по Цельсию умноженные на 10. Т.е. 253 означает 25.3°С. Этот прием часто используется, если нужно вернуть дробные значения через целочисленный регистр.
ANALOG OUTPUT HOLDING REGISTERS
Под этим обычно имеются в виду аналоговые выходы (Analog Outputs ) но так же часто просто регистры, которые хранят некоторые значения, которые можно как записывать, так и считывать. Т.е. эти регистры можно как читать, так и писать. Наиболее часто используются для записи DAC устройств (Digital to Analog Converter) или просто как регистры, хранящие некоторые значения. DAC часто используются для управления чем либо, например: яркостью свечения светодиода, или громкостью сирены, или скоростью вращения двигателя.
Эти регистры 16 битные, т.е. каждый регистр может хранить всего 2 байта.
Вот эти четыре типа регистров поддерживаются в стандартном Modbus . И используя только их, нужно строить систему. Если взглянуть с точки зрения конечного устройства (slave device), то регистры логичнее всего использовать для следующих нужд:
Coils – для управления устройствами через цифровые порты вывода или булевыми флагами типа включен/выключен, открыт / закрыт и т.д.
Contacts – для хранения значений булевых флагов или для отображения информации с цифровых входов.
Inputs –для значений, которые нужно только читать на стороне мастера, и которые могут быть представлены как 16 битные целые числа. Например, входы ADC, или какие о значения, генерируемые системой которые нужно читать (например количество запущенных процессов или внутренняя температура устройства может быть считана через некий Input регистр)
Holding – эти регистры можно использовать для хранения конфигурации устройства, для управления DAC устройствами, для хранения некоторой служебной информации. В принципе, эти регистры можно использовать для чего угодно, на что хватит фантазии разработчика системы.
Кроме того, каждый регистр в схеме Modbus может иметь уникальный адрес, который определяется типом регистра. Посмотрите таблицу ниже:
| Имя | Тип Доступа | Адреса | Доступно Регистров |
| Coils | Чтение / Запись | 1 – 9999 | 9999 |
| Contacts | Чтение | 10001 – 19999 | 9999 |
| Inputs | Чтение | 30001 – 39999 | 9999 |
| Holdings | Чтение / Запись | 40001 – 49999 | 9999 |
Как видно из таблицы, каждый тип регистров может вмещать максимум 9999 регистров. Но все они начинаются с некоторого смещения: 0, 10000, 30000, 40000.
На самом деле, внутри команд протокола Modbus , используется не полный адрес, а только его смещение относительно базового адреса. Т.е. для всех типов регистров реальный адрес внутри команды будет 0 -9998. А команда определяет какой именно базовый адрес может быть использован.
Проще всего представить себе, что устройство хранит 4 массива элементов по 9999 элементов в каждом. Индекс внутри массива – это и есть адрес, который задается внутри команды. А команда определяет, какой массив нужно использовать.
Если внимательно посмотреть на таблицу, то видно, что при желании можно использовать больше адресов для Holding регистров: 40001 – 105537, т.е. всего 65535 регистров. То же самое для Contacts : 10001 – 29999, т.е. всего 19999. Это так называемые расширенные регистры. Они не поддерживаются стандартными Modbus устройствами. Поэтому, если вы хотите, что бы ваше устройство могло работать со стандартными клиентами, то не нужно использовать расширенные регистры.
Но если вы уверены, что ваше устройство будет работать с вашим мастером, который знает как работать с расширенными регистрами, или вы точно знаете, что мастер устройство, которое будет использоваться для вашего продукта знает о расширенных регистрах, тогда используйте их.
Выше мы разобрались, как адресуются регистры внутри устройства. Теперь посмотрим, как адресуются сами устройства.
Адресация Modbus устройств
Для адресации устройств используется специальный идентификатор, который называется Slave Id . Это однобайтное значение, которое определяет уникальный адрес устройства на всей сети Modbus . По стандарту Modbus это может быть число от 1 до 247. Т.е. всего в сети может находиться 247 конечных устройств (slave device) с уникальными адресами.
Когда мастер посылает команду в сеть, первый байт – это Slave Id . Это позволяет устройствам уже после первого байта определить, должны они обрабатывать команду, или могут ее проигнорировать. Это справедливо для Modbus RTU . Для Modbus TCP протокола используется Unit Id значение. Хотя если разобраться, это просто другое название Slave Id . Unit Id – это так же однобайтный адрес устройства, от 1 до 247.
Это очень сильно ограничивает количество устройств, которые одновременно могут находиться в сети. Поэтому есть вариант, когда используется 2 байта для адресации устройств. В таком случае количество устройств увеличивается до 65535. Этого более чем достаточно. Но есть одно условие. Мастер и Конечное устройство должны использовать 2 байте для адресации. Т.е. они должны быть настроены, что бы использовать одинаковую схему адресации устройств: 1 или 2 байта. Так же, все устройства в сети должны использовать ту же самую схему адресации – 1 или 2 байта. Не может быть в сети устройств с разной схемой адресации.
Функции Modbus
Для того, что бы запросить данные или записать их, мастер должен указать функции, которую он хочет исполнить на конечном устройстве. Все доступные функции в стандартном Modbus протоколе приведены ниже:
| Код Функции | Тип Действия | Описание |
| 01 (01 hex) | Чтение | Читает значение Coil регистра |
| 02 (02 hex) | Чтение | Читает значение Contact регистра |
| 03 (03 hex) | Чтение | Читает значение Holding регистра |
| 04 (04 hex) | Чтение | Читает значение Input регистра |
| 05 (05 hex) | Запись одного регистра | Записывает значение в Coil регистр |
| 06 (06 hex) | Запись одного регистра | Записывает значение в Holding регистр |
| 15 (0F hex) | Запись нескольких регистров | Записывает значение в несколько Coil регистров |
| 16 (10 hex) | Запись нескольких регистров | Записывает значение в несколько Holding регистров |
Каждая функция будет рассмотрена позже, подробно и с примерами.
CRC 16 как способ избежать ошибок
Каждая команда в Modbus RTU протоколе заканчивается двумя байтами, которые содержать CRC16 значение всех байт команды. Добавление CRC16 позволяет найти поврежденные запросы и игнорировать их. Так как для вычисления контрольной суммы используется каждый байт в команде, то даже изменение одного бита в любом байте вызовет расхождение в переданной контрольной сумме и вычисленной на основе полученных байт. Это достаточно надежный способ обезопасить передаваемые данные от повреждений (имеется в виду, найти поврежденные данные). Клиент, как и мастер, должны проверять CRC16 из полученной команды с CRC16 сгенерированным на основе полученных байт. Если контрольные суммы не совпадают, значит полученный запрос содержит поврежденные байты, что искажает смысл посланной команды. Такая команда должна быть проигнорирована.
Нужно заметить, CRC16 не используется в Modbus TCP протоколе. Так как TCP пакеты уже имеют свою встроенную контрольную сумму и проверяются на целостность данных, нет никакой необходимости для вычисления CRC16.
Еще в одной разновидности Modbus протокола, Modbus ASCII , используется LRC (Longitudinal Redundancy Check) вместо CRC16. LRC намного проще чем CRC16 и результатом является 1 байт. LRC менее надежно для детектирования ошибок повреждения данных, но исторически так сложилось что Modbus ASCII использует именно этот метод.
О том, как вычислять CRC16 для Modbus RTU протокола и LRC для Modbus ASCII протокола, я напишу отдельно.
Типы данных, которые хранятся в регистрах.
Поговорим о том, какие данные могут храниться в регистрах. Самый простой случай – это Coil и Contac регистры. В этих регистрах может храниться 1 бит информации – 0 или 1. Когда мастер читает эти регистры, он получает в результате 0 или 1. Для записи регистров используются специальные константы:
0xFF00 – означает логическую 1
0x0000 – означает логический 0
Если используется команда для записи нескольких регистров, то каждый регистр будет записан при помощи 1 бита: 0 или 1.
Все остальные регистры – это 16 битные данные (2 байта)
И вот тут самое интересное.
Интерпретация данных должна быть задана в описании Modbus регистров (так называемом Modbus Map документе). В этом документе нужно точно прописать, какой регистр хранит какие джанные, и какие значение для него приемлемы.
Начнём с простых случаев.
Если мы считываем 1 Input или Holding регистр, то мы получаем 16 бит данных. Например, это может быть значение 0x8D05 – два байта 0x8D и 0x05 .
В самом простом случае это может быть без знаковое целое значение: 36101
Но это может быть целое число со знаком: -29435
Другой пример. Мы прочитали значение 0x4D4F
Это может быть как целое без знака, целое со знаком, так и 2 символа в кодировке ASCII:
0x4D = M
0x4F = O
Теперь случай поинтереснее. Комбинируя несколько регистров вместе, мы можем хранить типы данных, размер которых больше 16 бит.
К примеру, мы прочитали 2 регистра, и получили следующие данные: 0xAE53 0x544D
Это может быть:
32 битное целое без знака
0xAE53 0x544D = 2924696653
32 битное целое со знаком
0xAE53 0x544D = -1370270643
32 битный float – число с плавающей точкой
0xAE53 0x544D = -4.80507e-11
Или хранить 4 символа в кодировке ASCII
0xAE53 0x544D = 0xAE 0x53 0x54 0x4D = ®STM
Если продолжать, то комбинируя больше регистров, можно хранить 64 битные значения, 128 битные значения, строки и в принципе любые типы данных.
Но, комбинируя регистры, у нас встает следующий вопрос:
Порядок байт и слов
К сожалению протокол Modbus не определяет как должны храниться байты внутри регистра. Т.е. различные устройства от различных производителей могут хранить байты в произвольном порядке.
Например, читая регистр, мы получили значение 0xA543
В зависимости от того, в каком порядке хранились байты в исходном регистре, это могут быть два абсолютно разных значения:
Если использовался Big Endian формат (старший байт первый), то у нас будет значение 42307
Но если использовался Little Endian формат (младший байт первым), то у нас будет значение 17317
Еще интереснее, когда мы формируем 32 битное значение из двух регистров.
Вариантов комбинации байтов становится 4. К примеру 32 битное число 4014323619 (0xEF45B7A3 ) может быть передано 4 следующими последовательностями байтов:
0xEF45 0xB7A3
0x45EF 0x A3B7
0xB7A3 0xEF45
0x A3B7 0x45EF
На самом деле это не важно, какой порядок байт / слов реализован на конечном устройстве. Главное, мастер должен знать этот порядок, и уметь формировать правильные значения из полученных байтов. Зная точный формат данных на конечном устройстве, мастер всегда будет правильно формировать значения регистров. И именно для этого существует такое понятие как Modbus Map (Карта Modbus ).
Modbus Map
Modbus Map – это документация, которая полностью описывает все возможные Modbus регистры на устройстве, их адреса, назначение, доступные значения, значения по умолчанию, способ доступа.
Некоторые устройства поставляются с фиксированным описанием регистров. Т.е. список регистров, их адресов, хранимых данных и т.д. жестко задан производителем и описан в документации.
А есть настраиваемая конфигурация. Т.е. на устройстве нет фиксированных адресов для регистров. Пользователь может сконфигурировать Modbus Map так, как ему нужно (например соединив некоторые регистры в непрерывную последовательность адресов, что бы считывать их одной командой).
Пример фиксированного Modbus Map , который имеет смысл применять для своих устройств, может выглядеть так, как в таблице ниже.
| Адрес | Описание | Доступ | Значение по умолчанию | Доступные значения |
| 40001 | Код продукта | Чтение | 1 | 1 |
| 40002 | Командный регистр, для записи команд | Запись | — | 0 – сброс устройства 1 – Разблокировать uSD карту для записи 2 – Заблокировать uSD карту для записи 3 – Созранить конфигурацию на uSD карту |
| 40003 | Время работы, в секундах Младшее слово |
Чтение | 0 | 0 .. 0xFFFF |
| 40004 | Время работы, в секундах Старшее слово |
Чтение | 0 | 0 .. 0xFFFF |
| 40005 | Системная ошибка | Чтение / Запись | 0 | Смотри приложение с кодами ошибок. Запись 0 для сброса ошибки и выключения ERROR LED |
Чего не может Modbus
Modbus очень простой протокол, поэтому он поддерживает далеко не все, что может потребоваться.
Modbus не поддерживает сообщения (events). Т.е. конечное устройство не может послать сообщение мастеру. Только мастер может опросить конечное устройство.
Modbus не поддерживает чтение исторических данных (накопленных за некоторый промежуток времени). Хотя это ограничение можно легко обойти, создав командные регистры, регистры адреса и перегружаемые регистры. Это будет обсуждаться в одной из следующих статей.
Стандартный Modbus не может хранить сложные структурированные данные (по крайней мере это не так просто реализовать).
Кроме того, Modbus не поддерживает идентификации и шифрования. Т.е вся коммуникация идет в незащищённом режиме. Хотя, при некотором желании можно реализовать некоторое подобие идентификации в Modbus TCP в большинстве случаев это сделать невозможно. Есть некоторые варианты как защитить данные от несанкционированного доступа и изменения, но они все не очень надежные (хотя и могут применятся). Я опишу их в следующих статьях.
И кажется, это все явные недостатки для этого протокола. В остальном он очень прост и отлично подходит для простых систем мониторинга, которые должны следить за некоторыми показателями системы и предоставлять доступ к ним через чтение регистров.
В следующей статье мы рассмотрим все основные функции, которые поддерживаются протоколом Modbus .
Структура сообщения протокола Modbus имеет следующий вид:
- адрес ведомого устройства – это адрес устройства, которому адресовано данное сообщение протокола Modbus. Устройства отвечают только на те сообщения, которые адресованы именно им. Ответ начинается с адреса ведомого устройства. Адрес изменяется в пределах 1…247. Адрес 0 в сообщении протокола Modbus зарезервирован под широковещательные сообщения, 248..255 – зарезервированные адреса.
- номер функции – 1 байт данных.
- данные – это поле содержит информацию о функции, которую нужно выполнить, либо данные, которые ведомое устройство посылает мастеру протокола Modbus.
- блок обнаружения ошибок (CRC) – контрольная сумма, которая вычисляется со всех предыдущих байт путем алгоритма циклического сдвига и побитового исключения.
Необходимо обратить внимание, что при чтении по протоколу Modbus в одном сообщении можно считывать значение дискретных или аналоговых входов и выходов, расположенных подряд, то есть задать адрес первого значения и их количество.
Рассмотрим основные стандартные функции по их кодам (в десятичном и шестнадцатеричном формате):
1 (0х01) – чтение нескольких дискретных выходов
2 (0х02) - чтение нескольких дискретных входов
3 (0х03) - чтение нескольких промежуточных регистров или аналоговых выходов
4 (0х04) – чтение нескольких аналоговых входов
Если, например, количество дискретных входов, которые сформированы в запросе, не кратно восьми, то количество байт значений округляется в большую сторону и, соответственно, для получения, например, значений 15 дискретных входов, это количество будет равно двум байтам.
Перед данными сообщения Modbus передается один байт, значение которого - количество байт данных.
5 (0x05) - запись значения одного дискретного выхода
6 (0x06) - запись значения одного аналогового выхода или регистра
Команда Modbus состоит из адреса и собственно значения (2 байта). Нормальный ответ – повтор запроса протокола Modbus.
15 (0x0F) - запись значений в нескольких дискретных выходов
16 (0x10) - запись значений нескольких аналоговых выходов или регистров
Ответ состоит из начального адреса регистра и количества измененных значений.
Пример запроса/ответа протокола Modbus:
Ошибки при передаче делятся на 2 типа – искажение при передаче и логические. Искажение отслеживается по времени «тишины». Нормальное время между сообщениями – время, необходимое на передачу 3,5 символов. Если во время передачи сообщения протокола Modbus возникла пауза длинной более 1,5 символа, пакет отбрасывается.
Логические ошибки протокола Modbus возникают, если slave не может принять сообщение вообще, либо принимает его, но выдает ошибку. В таком случае ошибка диагностируется по тайм-ауту. Slave принимает запрос, но не может его обработать (к примеру, обращение к несуществующему адресу) – в таком случае отсылается сообщение об ошибке.
Пример сообщения Modbus об ошибке на запрос:
Стандартные коды ошибок протокола Modbus:
01 -Функция не может быть обработана на slave.
02 - Несуществующий адрес данных.
03 - Значение в поле данных для запроса, является недопустимым для salve.
04 - Произошла необратимая ошибка, пока slave пытался выполнить действие.
05 - Slave принял запрос и начал обрабатывать его, но на это потребуется время. Этот код предохраняет master от выдачи ошибки тайм-аута.
06 - Slave занят обработкой команды.Master должен повторить посылку сообщения позже, когда slave будет свободен.
07 -Slave не может выполнить функцию из запроса. Master должен послать запрос об диагностической информации или получить информацию об ошибках со slave.
08 - Slave пытается считать область памяти, но при этом обнаружена ошибка паритета. Master может повторить запрос, но обычно в таких случаях требуется ремонт.
Структура кадра Modbus TCP:
Где:
ID транзакции - два байта
ID протокола - два байта (четыре нуля)
длина пакета - два байта, размер последующих полей сообщения
адрес ведомого устройства - адрес slave, которому адресован запрос протокола Modbus.
Особенность протокола Modbus TCP – отсутствие контрольной суммы, так как на транспортном уровне протокола TCP происходит проверка CRC. Поэтому проверка контрольной суммы в формате RTU не имеет смысла.
Протокол ModBus, несмотря на множество специализированных протоколов, появившихся в последние десятилетия, все еще занимает лидирующие позиции в задачах автоматизации и диспетчеризации зданий и технологических процессов. Многие специалисты уже привыкли к его использованию, несмотря на его явную архаичность. Тем не менее, судя по статистике поисковых запросов и популярности статей о ModBus, явно существует пласт специалистов, надеюсь, что это молодое поколение, для которых будет полезно, еще раз на пальцах объяснить, что такое ModBus.
В российской википедии существует довольно обширная , в которой рассказывается история протокола, его основные достоинства и недостатки, терминология, модель данных и функционал. Не претендуя на полноту изложения, но в то же время, не боясь повториться, рассмотрим некоторые базовые вещи для тех, кому надо всего-то «два байта переслать».
Прежде всего, как представлены данные в устройстве поддерживающем ModBus. Это четыре таблицы с данными:
| Таблица | Тип элемента | 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 |
В реальной практике чаще всего встречаются устройства, в которых есть только таблица Holding Registers, иногда объединённая с таблицей Input Registers.
Для доступа к этим таблицам существует ряд стандартный функций ModBus:
- 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).
Запись одного значения:
- 5 (0x05) - запись значения одного флага (Force Single Coil).
- 6 (0x06) - запись значения в один регистр хранения (Preset Single Register).
Запись нескольких значений:
- 15 (0x0F) - запись значений в несколько регистров флагов (Force Multiple Coils)
- 16 (0x10) - запись значений в несколько регистров хранения (Preset Multiple Registers)
Из сказанного выше следует, что самые часто используемые функции ModBus это 3, 6 и 16 («Read Holding Registers», «Preset Single Register» и «Preset Multiple Registers» — соответственно).
Что происходит при чтении или записи регистра в ModBus устройство? Рассмотрим, для начала, протокол ModBus RTU. Он применяется для передачи данных по последовательным интерфейсам, таким как RS-232 или RS-485. Большинство современных устройств используют RS-485, так как он, во первых, как правило, двух проводной и во вторых, позволяет подключить несколько устройств в один шлейф.
Важно то, что при подобной топологии на одном шлейфе может быть только один ModBus Master, то есть устройства не могут свободно «общаться» между собой. На каждом шлейфе организуется четкая иерархия Master – Slave («Ведущий» – «Ведомый»). Ведомых, как уже было сказано, может быть несколько, а ведущий только один!
Адресная модель ModBus позволяет использовать адреса устройств с 1 по 247, что иногда вводит в заблуждение некоторых «проектологов», т.к. RS-485 позволяет подключить к одной шине, без усилителей и репитеров, только 32 устройства. На самом деле я рекомендую для стабильной работы, с приемлемым количеством повторных запросов, не превышать значение 20 устройств на одну шину RS-485.
Итак, для чтения одного Holding Register ведущий посылает запрос на адрес ведомого устройства с кодом функции 3 (Read Holding Registers), указанием адреса интересующего регистра и количеством регистров для чтения, в данном случае = 1. На что ведомый отвечает пакетом, в котором повторяет собственный адрес, номер обрабатываемой функции и, в поле данных размещает значение запрашиваемого регистра. Для чтения нескольких последовательных регистров в запросе ведущий просто указывает адрес первого и их количество.
В общем виде, работу функции 3 (Read Holding Registers) протокола ModBus можно представить так:
Теперь рассмотрим, чем отличается ModBus TCP от ModBus RTU. Во первых, нет ограничения на одного ведущего в сети, все устройства могут практически свободно «общаться» между собой. Во вторых используется другой формат пакета, добавился заголовок, что более типично для данной среды передачи.
Так как транспортом для передачи служит протокол TCP, то для адресации устройств ведущему необходимо знать IP адрес ведомого устройства и порт, на котором ведомый ожидает запросов. Стандартный порт для ModBus TCP протокола 502 , но некоторые среды программирования контроллеров, например CODESYS, позволяют его изменить. Тот же самый CODESYS, а точнее контроллеры, запрограммированные в этой среде или средах производных от CODESYS, при работе по протоколу ModBus TCP игнорируют поле «Unit ID» и отвечают на запросы для любого «Unit ID», а не выдают сообщение об ошибке. Это значит, что иногда, достаточно знать IP адрес и порт контроллера.
Довольно часто сталкиваюсь с непониманием модели OSI среди инженеров и проектировщиков АСУ ТП и АСУЗ. Поэтому вот еще одна картинка, разъясняющая то, как пакет ModBus TCP передается по Ethernet сети:
UPD (26.09.2016): Довольно неплохое русскоязычное видео на тему: