Руководство по modbus poll

Как использовать инструменты тестирования Modbus ModbusPoll и Modbus Slave
1. Введение
Modbus Poll: имитатор главного устройства Modbus, используемый для тестирования и отладки подчиненных устройств Modbus. Программа поддерживает ModbusRTU, ASCII, TCP / IP. Используется для помощи разработчикам в тестировании ведомых устройств Modbus или для тестирования и моделирования других протоколов Modbus. Он поддерживает несколько интерфейсов документов, то есть можно одновременно отслеживать несколько подчиненных устройств / полей данных. Каждое окно просто устанавливает идентификатор подчиненного устройства, функцию, адрес, размер и интервал опроса. Вы можете читать и писать регистры и катушки из любого окна. Если вы хотите изменить один регистр, просто дважды щелкните значение. Или вы можете изменить несколько значений регистров / катушек. Предоставляет несколько форматов данных, таких как числа с плавающей запятой, двойной точности, длинное целое число (можно обмениваться последовательностями байтов).
Modbus Slave: имитатор подчиненного устройства Modbus, который может имитировать 32 подчиненных устройства / поля адреса. Каждый интерфейс обеспечивает поддержку автоматизации OLE для отчетов EXCEL. В основном используется для имитации ведомых устройств Modbus, получения пакетов команд от главной станции и отправки пакетов данных обратно. Помогите разработчикам коммуникационного оборудования Modbus смоделировать и протестировать протокол связи Modbus для моделирования, тестирования и отладки коммуникационного оборудования Modbus. В 32 окнах можно моделировать до 32 подустройств Modbus. Пользовательский интерфейс такой же, как Modbus Poll, поддерживает функции 01, 02, 03, 04, 05, 06, 15, 16, 22 и 23, отслеживая последовательные данные.
Два, использование опроса Modbus
1), установка и регистрация:
После завершения установки вы увидите ярлык ModbusPoll на рабочем столе, дважды щелкните ярлык, чтобы открыть программное обеспечение, и интерфейс после открытия будет таким, как показано на рисунке ниже.

Нажмите «Соединение» -> «Подключиться», появится окно регистрации; откройте файл readme после распаковки сжатого пакета, скопируйте серийный номер ModbusPoll 5A5742575C5D10 и вставьте его в столбец регистрации окна регистрации, как показано на рисунке ниже. Щелкните ОК, чтобы завершить регистрацию.
Введение в главное окно программы Modbus Poll 4.3.4
где: Tx = 4 означает количество кадров данных, отправленных на главную станцию, 4 раза на рисунке; ​​Error = 0 означает количество ошибок связи, 0 раз на рисунке; ​​ID = 1 означает аналоговый Адрес субустройства Modbus, адрес на рисунке 1; F = 03 означает используемый код функции Modbus, а цифра — код функции 03; SR = 1000 мс означает цикл сканирования. Красная часть указывает на текущее состояние ошибки, а «Нет соединения» указывает на неподключенное состояние.
3), настройки параметров:
Нажмите [Чтение / запись определения… F8] в меню [Настройка], чтобы установить параметры, и появится диалоговое окно настройки параметров.


Среди них: A. Slave — это адрес подчиненного устройства Modbus (подчиненного устройства), к которому необходимо получить доступ, соответствующий значению идентификатора в главном окне (главном экране), по умолчанию — 1. B. Функция — это выбор кодов функций регистра. Всего существует четыре типа, и соответствующие отношения следующие:

Код Название Регистр Адрес ПЛК Битовая операция / Словарная операция Количество операций
01 Состояние бита чтения / записи 00001-09999 бит, один или несколько
02 Чтение (ввод) бита 10001–19999 бит, один или несколько
03 Чтение / запись (сохранение) слова 40001–49999 слов, одно или несколько слов
04 Чтение (ввод) слов 30001–39999 слов, написанных одно или несколько
05 Запись одиночной катушки 00001-09999 бит одиночной
06 Запись одного регистра временного хранения 40001–49999 слово, слово, одно слово
15 Запись нескольких катушек 00001-09999 бит, кратный
16 Запись нескольких регистров хранения 40001–49999 слов, несколько слов
C. Адрес — это начальный адрес регистра, по умолчанию он начинается с 0.
D. Длина — это количество последовательных регистров, значение по умолчанию — 10, что соответствует количеству каналов программы настройки.
E. Скорость сканирования — это цикл чтения данных в миллисекундах, по умолчанию — 1000 мс.
После настройки нажмите кнопку ОК, и в окне моделирования отобразится определенный список регистров.
4), настройки отображения:
Настройка режима отображения данных:
По умолчанию режим отображения данных регистра — Подписанный (двоичный код с шестнадцатеричным знаком), а диапазон данных составляет -32768 ~ 32767. Если пользователь хочет отображать другие числовые способы, он может выбрать и установить через меню 【Display】, как показано на рисунке ниже:

Настройка формата адреса: Modbus Slave использует адрес ПЛК по умолчанию, [PLC Addresses (Base 1)] в меню [Display] выбран по умолчанию, а начальный адрес регистра по умолчанию равен 1, это Последовательный порт Modbus и драйвер пересылки данных TCP точки и конфигурационное программное обеспечение одинаковы. Если вам нужно установить начальный адрес, чтобы он начинался с 0 во время теста, вы можете выбрать [Адреса протокола (база 0)]. Как правило, достаточно адреса ПЛК по умолчанию.
Используйте кнопку «Коммуникационный трафик» на панели инструментов для отображения текущих отправленных команд и полученных данных.
5), подключение к последовательному порту:
Нажмите [Подключить … F3] в меню [Подключение], чтобы подключиться к последовательному порту, как показано ниже:

Среди них: Port3, что означает используемый последовательный порт (COM3), выбор другого последовательного порта или TCP / IP для подключения в зависимости от реальной ситуации. Режим означает режим протокола Modbus, действительный при использовании последовательного порта; при использовании TCP / IP это автоматически режим TCP. Время ожидания ответа означает время ожидания чтения.Если ведомое устройство не возвращает данные в течение времени ожидания, считается, что связь не удалась. Задержка между опросами, минимальный интервал времени для каждого сканирования, по умолчанию — 10 мс. Удаленный сервер означает сетевые настройки терминального ведомого устройства в режиме TCP / IP. IP-адрес, представляет собой IP-адрес подчиненной станции в режиме TCP / IP. Порт указывает сетевой порт подчиненной станции в режиме TCP. Пользователь может установить параметры в соответствии со своими потребностями, по умолчанию: последовательный порт 1, скорость передачи 9600, бит данных 8 бит, без бита четности, 1 стоповый бит. После подтверждения настроек нажмите кнопку ОК. Если он подключен и читается правильно, в главном окне будет отображаться информация о регистре чтения.
6), изменение значения регистра:
Дважды щелкните мышью по адресу регистра в главном окне, появится диалоговое окно изменения, как показано на рисунке ниже:

Введите значение в поле ввода «Значение» для подтверждения. Диапазон значений: -32768——32767.
Среди них: Slave — это адрес подчиненного устройства Modbus, к которому необходимо получить доступ, соответствующий значению идентификатора на главном экране, значение по умолчанию — 1. Адрес — это адрес текущего реестра. На рисунке показаны операции с регистром 40001. Использовать функцию — это используемый код функции.Вы можете выбрать код функции 06 или 16. для записи.
7), проверьте фрейм данных связи:
Щелкните [Связь …] в меню [Отображение] или нажмите кнопку [101] на панели инструментов, чтобы вызвать диалоговое окно с информацией о мониторинге фрейма данных для отправки и получения данных через последовательный порт «CommunicationTraffic» для Просматривайте и анализируйте отправленные и полученные фреймы данных. Как показано ниже:

Среди них: первые 6 битов — это порядковый номер кадра данных. Rx представляет полученный кадр данных. Tx представляет отправленный фрейм данных.
8), отключите:
Нажмите [Отключить F4], чтобы отключиться и завершить тест. В это время в главном окне отображается красный значок «Нет подключения», указывающий на отключенное состояние.
Три, использование ведомого устройства Modbus
1), установка и регистрация:
Установите программное обеспечение, после завершения установки дважды щелкните, чтобы запустить ярлык ModbusSlave.
Метод регистрации: нажмите «Соединение» -> «Подключиться», появится окно регистрации; откройте файл readme после распаковки сжатого пакета, скопируйте серийный номер ModbusPoll, вставьте его в столбец регистрации в окне регистрации, нажмите «ОК», Трещина полная. Установка и взлом ModbusSlave аналогичны ModbusPoll, поэтому я не буду повторять его здесь.
2), главное окно:
Главное окно программы показано ниже:

В настоящее время он находится в неподключенном состоянии «Нет соединения». Если вы проверяете только «Регистр удержания выхода 04», вы можете щелкнуть, чтобы перейти к шагу 3. и подключиться напрямую.
3), настройки параметров:
Нажмите «Определение ведомого … F2» в меню «Настройка», чтобы установить параметры, появится следующее диалоговое окно.

Среди них: A. Slave — это адрес ведомого устройства Modbus, соответствующий значению ID на главном экране, по умолчанию — 1.
B. Функция — это выбор кодов функций регистра, всего существует четыре типа, и соответствующие отношения следующие:
Код Название на китайском языке Зарегистрировать адрес ПЛК Битовая операция / Словесная операция Количество операций
01 Чтение статуса катушки 00001-09999 Битовая операция, одиночная или множественная
02 Чтение состояния дискретного входа 10001-19999 Битовая операция Один или несколько
03 Чтение регистра временного хранения 40001-49999 Операция Word Один или несколько
04 Чтение регистра ввода 30001-39999 Операция в виде слова Один или несколько
05 Запись одиночной катушки 00001-09999 Одинарная битовая операция
06 Запись одного регистра временного хранения 40001-49999 Одинарная операция Word
15 Запись нескольких катушек 00001-09999 Несколько битовых операций
16 Запись в несколько регистров хранения 40001–49999 Операция в несколько слов
C. Адрес — это начальный адрес регистра. По умолчанию начинается с 1.
D. Длина — это количество последовательных регистров. По умолчанию — 10.
Нажмите кнопку ОК, в окне моделирования отобразится определенный список регистров:

Среди них: ID представляет адрес устройства моделируемого субустройства Modbus; F представляет код функции.
Щелкните соответствующий регистр, чтобы изменить значение или статус соответствующего регистра. Например, значение регистра 2 изменяется на 9, а значение регистра 9 изменяется на 100.
4), настройки отображения:
Настройка режима отображения данных:
По умолчанию режим отображения данных регистра — Подписанный (шестнадцатеричный беззнаковый двоичный), а диапазон данных составляет -32768——32767. Если пользователь хочет отображать другие числовые способы, он может выбрать и установить через меню «Отображение», как показано на следующем рисунке:

Настройка формата адреса:
Modbus Slave по умолчанию использует адрес ПЛК. «Адреса ПЛК (база 1)» в меню «Дисплей» — это состояние, выбранное по умолчанию. Начальный адрес регистра по умолчанию — 1, что отличается от конфигурации. Программный последовательный порт Modbus и драйвер пересылки данных TCP одинаковы. Если вам нужно установить начальный адрес на 0 во время теста, вы можете выбрать «Адреса протокола (базовый 0)». Как правило, достаточно адреса ПЛК по умолчанию.
5), соединение:
Нажмите «Подключить … F3» в меню «Подключение», чтобы подключиться. Появится диалоговое окно подключения:

Где: Port2 означает используемый последовательный порт (COM2), выберите другой последовательный порт или TCP / IP для подключения в соответствии с реальной ситуацией.
Mode, что означает режим протокола Modbus, действителен при использовании последовательного порта; автоматически в режиме TCP при использовании TCP / IP
Управление потоком, что означает управление потоком, действительное в режиме последовательного порта;
Игнорировать идентификатор устройства, что означает, что недопустимые номера групп игнорируются в режиме TCP.
Пользователи могут установить параметры последовательного порта в соответствии со своими потребностями. Значение по умолчанию: последовательный порт 1, скорость передачи 9600 бод, 8 бит данных, без бита четности и 1 стоповый бит. После подтверждения настроек нажмите кнопку «ОК». В это время красный «Нет соединения» в главном окне указывает, что информация в неподключенном состоянии исчезает, указывая, что ведомое устройство находится в нормальном состоянии соединения.
6), изменение значения регистра:
Дважды щелкните мышью по адресу регистра в главном окне, появится диалоговое окно изменения, как показано на рисунке ниже:

Введите значение в поле ввода для подтверждения. Диапазон значений: -32768——32767.
Среди них: после того, как установлен флажок «Автоинкремент», значение соответствующего регистра может увеличиваться на 1 каждую 1 секунду.
7), проверьте фрейм данных связи:
Нажмите «Связь …» в меню «Дисплей», чтобы вызвать диалоговое окно с информацией о мониторинге фреймов данных отправки и получения последовательного порта для просмотра и анализа отправленных и полученных фреймов данных. Как показано ниже:

Среди них: первые 6 битов — это порядковый номер кадра данных.
Rx: представляет получаемый фрейм данных.
Tx: означает отправку кадра данных.
8), отключите:
Нажмите «Отключить F4», чтобы отключить и завершить тест. В это время в главном окне отображается красный значок «Нет подключения», указывающий на отключенное состояние.
Четыре, программа моделирования ведущего / ведомого устройства Modbus
1) Установите инструмент виртуального последовательного порта vspd. Добавьте два порта COM2 и COM3 через инструмент.

2) Затем откройте установленное программное обеспечение Modbuspoll и Modbus Slave и нажмите «F8», чтобы настроить соответствующую конфигурацию главного и подчиненного терминалов, как показано на рисунке:

В приведенной выше конфигурации идентификатор устройства 10 ведомых счетчиков равен 1, но считываются только данные первых 6 счетчиков, которые можно настроить в соответствии с вашей ситуацией.
2. Затем нажмите «F3» для подключения, обратите внимание на изменение порта интерфейса подключения, главная и подчиненная машины соответственно выбирают наши виртуальные порты com2 и com3, потому что я использую только RTU Mode, поэтому другие параметры, такие как скорость передачи 9600, бит 8, четность 1, без эквивалента и т. Д., Могут оставаться неизменными, а затем нажмите OK для подключения. Во второй строке неподключенного окна появится подсказка.
Когда начинается связь, на стороне хоста отображается: TX = 232, Err = 0, ID = 1, F = 03, SR = 1000 мс. Это означает, что нужно отправить 232 команды, время ошибки, ID ведомого, номер функции, интервал опроса.
Используйте кнопку «Коммуникационный трафик» на панели инструментов для отображения текущих отправленных команд и полученных данных.

Время на прочтение
10 мин

Количество просмотров 225K

Протокол Modbus довольно распространен как в промышленных системах автоматизации, так и сетях систем типа «Умный дом», автоматизации малых объектов (теплицы и т.п.) и стыковки различного оборудования с домашним компьютером. Появление таких проектов как Arduino и Raspberry Pi значительно повысило интерес к задачам, связанным с робототехникой, автоматикой и автоматизацией. Все это обеспечивает рост популярности Modbus среди любителей и профессионалов. В статье рассмотрен вопрос тестирования и наладки, как отдельных устройств, так и сетей на базе протокола Modbus с позиции требований к программному обеспечению для решения таких задач и обзора существующих инструментов.

Если вы знакомы с архитектурой протокола, то можете смело пролистать пару следующих абзацев и перейти к дальнейшему описанию. Если же нет, то специально для вас ниже приведено небольшое введение в Modbus.

Modbus, краткое введение

Modbus является довольно распространённым протоколом в системах автоматизации на среднем и нижнем (полевом) уровнях. Средний — это уровень контроллеров — устройств, осуществляющих сбор данных и управление технологическим процессом. Нижний или полевой — это уровень взаимодействия датчиков и контроллеров или датчиков напрямую с сервером. Более подробно об уровнях в системах автоматизации можно посмотреть здесь.

Как правило, структура типовой системы автоматизации, использующей в качестве базового протокола Modbus, выглядит так как показано на рисунке в начале статьи. В качестве ”среды” для протокола Modbus может выступать либо RS-485/422/232 (подробно про RS-485 можно прочитать здесь и здесь), поверх него работает Modbus RTU или Modbus ASCII, либо транспортный протокол TCP в TCP/IP сетях, такая версия носит название Modbus TCP. В данной статье будет рассмотрен Modbus RTU.

Протокол Modbus предполагает наличие одного ведущего устройства в сети (оно называется Master или Client) и от 1 до 247 ведомых (они называются Slave или Server). Полное описание можно найти на официальном сайте или в вики.

Master периодически взаимодействует со Slave-устройствами, считывая или записывая в них какую-либо информацию. Этот процесс осуществляется в форме запрос-ответ. Запрос представляет собой последовательность байт, называемую кадром, в котором время между байтами стандартизировано и зависит от скорости передачи данных (напомним, что речь идет о Modbus RTU) и составляет не более длительности интервала, в течение которого может быть передано 1,5 байта данных. Время между кадрами должно быть не меньше времени передачи 3,5 байт.

Формат запроса имеет следующий вид:

ID — адрес устройства (1 байт),
FN — Modbus функция (1 байт),
[args] — аргументы функции (N байт, зависит от функции),
CRC — контрольная сумма CRC-16 (2 байта).

Ответ имеет схожий формат:

Почти все поля ответного кадра аналогичны кадру запроса, за исключением поля DATA, оно имеет различное наполнение, в зависимости от функции.

Если устройством не поддерживается запрашиваемая функция или аргументы в поле [args] запроса являются некорректными для данного Slave-устройства, то в ответе, в поле FN старший бит будет выставлен в 1 (т.е. на FN наложится маска 0x80), а в поле DATA будет помещена дополнительная информация об ошибке.

Каждое Slave-устройство может иметь определенные области данных и содержать дополнительную специфическую информацию.
Возможные области данных представлены в таблице ниже:

Поле	Доступ	Размер	Описание
Discrete Inputs	Только чтение	Один бит	Данные от системы ввода/вывода
Coils	Чтение/Запись	Один бит	Ячейки могут использоваться по своему усмотрению
Input registers	Только чтение	16 бит	Данные от системы ввода/вывода
Holding registers	Чтение/Запись	16 бит	Регистры могут использоваться по своему усмотрению

За более подробной информацией следует обратиться к полному описанию Modbus RTU, доступному в виде спецификации.

Тестирование устройств с поддержкой Modbus RTU в рамках процесса разработки

Как при разработке, так и при наладке устройств с поддержкой протокола Modbus RTU, вам необходимо иметь специализированное программное обеспечение и технические средства. Из технических средств наиболее простой вариант — это преобразователь RS-485/USB, из всех устройств такого типа, по нашему мнению, наилучшим выбором является MOXA UPORT 1130/UPORT 1150, цена вопроса которого составит 5000 — 6000 руб. Существуют различные отечественные решения, например, преобразователи фирмы Fractal или ОВЕН. Конструкция этих устройств достаточно проста, и при определенной сноровке такой преобразователь можно собрать самостоятельно. Более сложными являются решения типа Ethernet/RS-485 (например, NPORT от MOXA).

При разработке устройств с поддержкой Modbus RTU, чаще всего требуется реализовать функцию Slave, так как в основном это различные датчики, управляемые реле, модули ввода/вывода и т.п., Master-устройства создаются реже. В сетях автоматизации в качестве мастера, обычно выступает контроллер, а он, как правило, уже имеет реализацию Modbus-стека, либо OPC Server/SCADA система, укомплектованные Modbus-драйвером.

Вопрос разработки непосредственно Modbus-стека мы не будем рассматривать в этой статье. Единственное, стоит отметить библиотеку FreeMODBUS, на базе которой достаточно просто построить устройство с поддержкой функций Modbus Slave. Пример реализации описан в статье на Хабре.

Вторым важным моментом при разработке Modbus-устройств является тестирование. Здесь всё зависит от стадии разработки и цели тестирования.

На начальных этапах полезным инструментом является Modbus-терминал. С помощью него мы можем вручную сконструировать запрос, послать его и проанализировать ответ. Существуют терминалы в чистом виде, например, SmartTerminal, Access Port, терминалы с поддержкой Modbus RTU — Termite от S2-Team или Pic18 Terminal от Fractal (не обновлялась с 2006 года) и т.п. Последний заточен под оборудование компании Fractal, но позволяет “общаться” с любыми устройствами, у которых в настойках порта выставлена четность None, с другими вариантами он не работает.

В процессе разработки нередко возникает ситуация, когда устройство принимает запрос и отвечает на него (это можно понять либо по светодиодам приема/передачи пакетов, если вы их предусмотрели в конструкции, либо через отладчик, поставив breakpoint в нужном месте), а в терминале или какой-то другой специализированной программе, данные не отображаются. В таком случае вам пригодится сниффер для последовательного порта, желательно, с поддержкой протокола Modbus. В качестве примера можно привести Free Serial Analyzer, COM Port Toolkit. Последний в настоящее время, похоже, прекратил свое развитие.

В дальнейшем, требуется не только проверять работает ли устройство в принципе (т.е. корректно отвечает на запросы), но и определять наработку на отказ с помощью длительного тестирования. Важными аспектами здесь являются поддержка авто-опроса с изменяемой нагрузкой (количество запросов в секунду) и наличие функции логирования. С этими задачами поможет справиться Modbus Poll или Modscan, это ПО платное, но имеется пробный период.

Следует учитывать, что собранные логи нужно будет анализировать, то есть определять количество запросов, на которые устройство не ответило, обнаруживать сбои, например, самопроизвольное изменение данных в ячейках и т.п. Конечно, можно использовать полноценную SCADA-систему, либо самому разработать и написать систему анализа и визуализации логов. Как вариант, рекомендуем обратить внимание на MasterSCADA от Insat. Она имеет встроенный Modbus-драйвер и версия до 32 точек является бесплатной, довольно проста в освоении (на сайте производителя есть хорошая документация и видео уроки).

В конце данной статьи мы определим список функций “идеального” инструмента для тестирования и наладки устройств/систем на базе протокола Modbus, а также сделаем небольшой обзор существующих инструментов.

Наладка систем автоматизации, использующих Modbus устройства

Людей, занимающихся наладкой систем автоматизации и просто пытающихся “подружиться” с каким-либо устройством, на борту которого находится Modbus, в разы больше чем, тех, кто эти устройства разрабатывает. Исходя из специфики задачи, требования к соответствующему ПО будут немного отличаться.

Если необходимо соединить контроллер и одиночное Slave-устройство, то прежде всего, нужно установить с ним связь с помощью преобразователя интерфейсов RS-485/USB, ПК и специализированного программного обеспечения либо терминала. В таком случае, логика работы и набор инструментов ничем не отличается от тех, что применяются при разработке Slave-устройства на стадии тестирования. На этом этапе не требуется длительное тестирование с последующим анализом большого количества лог-файлов.

В случае, когда у вас уже есть готовая сеть устройств, можно выделить следующие задачи:

• проверка работоспособности всех устройств в сети (опрос каждого устройства в отдельности и проверка корректности ответа);
• нагрузочное тестирование (опрос устройств в сети в течение длительного времени). Желательно сделать несколько экспериментов с различной частотой опроса, а после провести анализ собранных данных на наличие отказов, не ответов, порчи данных и т.п.

В этом случае, понадобится либо терминал с возможностью создания списка запросов, либо специализированный инструмент типа Modbus Poll, который позволяет опрашивать несколько устройств в рамках одного проекта.

Modbus-устройства могут иметь определенные настройки интерфейса RS-485: количество бит данных, четность и количество стоп бит. Устройства с различными настройками не могут работать в одной сети с одним и тем же мастером. Тестирование и конфигурирование таких устройств удобно проводить, применяя терминальные программы, имеющие возможность быстрого переключения между предустановленными профилями настроек портов или работающие с несколькими линиями одновременно.

Реже возникает задача организации обмена данными с устройством, протокол которого отличается от стандартной спецификации Modbus RTU. Нам приходилось встречаться с ситуацией, когда протокол Slave-устройства логически повторяет Modbus (структура пакета, таймауты и т.п.), но использует функции вне стандарта. В таком случаем возможна работа с использованием Modbus Poll, он позволяет строить произвольные запросы, или терминала, обладающего сходным функционалом. Стандартная SCADA-система, обычно, в такой ситуации бессильна, и работа с подобным оборудованием осуществляется через специальный OPC сервер.

Требования к ПО для работы с Modbus-устройствами в режиме мастера

Описав различные задачи, которые возникают при разработке, настройке и наладке устройств с протоколом Modbus, составим список требований к специализированному программному обеспечению.

1. Поддержка настроек COM-порта (номер, скорость, четность, количество бит данных и стоп бит)
2. Настройка таймаутов (время ожидания приема ответа на запрос, время между символами и кадрами)
3. Поддержка стандартного Modbus
4. Поддержка нестандартного Modbus
5. Авто-опрос одного/нескольких устройств
6. Настройка авто-опроса
7. Логирование сессии / настройка логирования
8. Создание профилей для быстрого переключения между настройками порта
9. Работа в режиме сниффер
10. Лицензия продукта
11. Сопровождение продукта разработчиком

Обзор ПО для работы с Modbus протоколом

Modbus Poll

Начнем с классического приложения и довольно известного в наших “узких” кругах — Modbus Poll от Witte Software.

Эта программа является симулятором мастера в Modbus-сети. Интерфейс Modbus Poll интуитивно понятен. Если вы представляете себе логику работы протокола, то разобраться с программой труда не составит.

Функция	Наличие	Комментарий
Поддержка настроек COM-порта	+
Настройка таймаутов	+	Доступны: время ожидания ответа
Поддержка стандартного Modbus	+	Список функций ограничен
Поддержка нестандартного Modbus	+
Авто-опрос одного / нескольких устройств	+ / +
Настройка авто-опроса	+	Доступно: время между запросами
Логирование сессии / настройка логирования	+ / +
Создание профилей для быстрого переключения между настройками порта	—
Работа в режиме сниффер	—
Лицензия продукта	ПО платное	Есть пробный период 30 дней
Сопровождение продукта	+

Достоинства: хорошая система логирования, достаточное количество поддерживаемых функций (во всяком случае, наиболее востребованные присутствуют), большое количество настроек внешнего вида.

Недостатки: цена (одна лицензия $ 129.00), нестандартный Modbus поддерживается как опциональная функция, нет профилей для быстрого переключения портов — приходится каждый раз перенастраивать соединение.

Modscan32/64

Следующим ПО в нашем обзоре будет Modscan от WinTECH. Внешне эта программа очень похожа на Modbus Poll, но функционалом она обладает значительно меньшим.

У Modscan есть одна уникальная особенность для программ данного типа — это возможность создания форм (своего рода мнемосхем). Пока ее функционалу далеко до реальных SCADA-систем, но наличие такого бонуса радует. На сегодняшний день это достаточно скудный, по своим возможностям инструмент (имеется ввиду редактор форм), но будем надеяться, что со временем, разработчики доведут его до хорошего уровня.

Функция	Наличие	Комментарий
Поддержка настроек COM-порта	+
Настройка таймаутов	+	Доступны: время ожидания ответа
Поддержка стандартного Modbus	+	Список функций ограничен
Поддержка нестандартного Modbus	—
Авто-опрос одного / нескольких устройств	+ / +
Настройка авто-опроса	+	Доступно: время между запросами
Логирование сессии / настройка логирования	+ / —
Создание профилей для быстрого переключения между настройками порта	—
Работа в режиме сниффер	—
Лицензия продукта	ПО платное	Есть пробный период
Сопровождение продукта	+

Достоинства: возможность создания собственных форм для просмотра данных, поддержка MMI & OLE Automation.

Недостатки: цена (одна лицензия $ 84.95), нет поддержки нестандартного Modbus, нет профилей для быстрого переключения портов, ненастраиваемая система логирования, малое количество поддерживаемых Modbus-функций.

Termite

Следующим в нашем списке будет терминал Termite от S2-Team. Termite является специализированный Modbus терминалом. Это означает, что он сам будет считать за вас CRC, распознавать сообщения об ошибках в ответах и т.д., ваша задача заключается в том, чтобы ввести корректное тело запроса в поле команды.

Функция	Наличие	Комментарий
Поддержка настроек COM-порта	+
Настройка таймаутов	+	Доступны: время ожидания ответа, время между символами и кадрами
Поддержка стандартного Modbus	+
Поддержка нестандартного Modbus	+
Авто-опрос одного / нескольких устройств	+ / +
Настройка авто-опроса	+	Доступно: время между запросами
Логирование сессии / настройка логирования	+ / —
Создание профилей для быстрого переключения между настройками порта	+
Работа в режиме сниффер	—
Лицензия продукта	Есть платная и бесплатная версии	Бесплатная версия обладает ограниченным функционалом (на количество каналов, одновременно ведомых лог файлов и количество разных запросов в авто-опросе)
Сопровождение продукта	+

Достоинства: поддержка всех Modbus-функций, работа с нестандартным Modbus, удобная система подсказок, возможность настройки внешнего вида ПО, поддержка профилей для быстрого переключения между настройками порта.

Недостатки: PRO версия платная (одна лицензия $ 10), в текущем релизе нет возможности гибко настраивать логирование.

AccessPort

Программа из разряда “чистых” терминалов. Она не поддерживает Modbus, поэтому при её использовании будьте готовы считать CRC для ваших кадров самостоятельно. Несомненным плюсом является то, что в неё встроен сниффер последовательного порта.

Функция	Наличие	Комментарий
Поддержка настроек COM-порта	+
Настройка таймаутов	+
Поддержка стандартного Modbus	—
Поддержка нестандартного Modbus	—
Авто-опрос одного / нескольких устройств	+ / —
Настройка авто-опроса	+	Доступно: время между запросами
Логирование сессии / настройка логирования	+ / —
Создание профилей для быстрого переключения между настройками порта	—
Работа в режиме сниффер	+
Лицензия продукта	ПО бесплатное
Сопровождение продукта	Не поддерживается	Крайняя версия продукта была выпущена 2012-04-23

Достоинства: наличие сниффера порта, ПО бесплатное, настраиваемое представление данных, возможность передачи файлов.

Недостатки: не поддерживает Modbus вообще, нет возможность создавать профили, в режиме авто-опрос можно работать только с одним устройством, в настоящее время ПО не развивается.

В заключение хотелось бы добавить, что в сети достаточно большое количество программ для работы с последовательным портом, но если есть необходимость работать именно с Modbus протоколом, то его поддержка в таком ПО крайне желательна. Одна из основных причин — это расчет CRC, в ручную это делать накладно, также важно, чтобы программа могла уметь разделять кадры, иначе все превращается в сплошную мешанину байтов, ну и если есть авто-опрос, то это сильно упрощает жизнь.

Хочется дополнить список ПО и библиотек для работы с Modbus, тем, что было переставлено в комментариях.
SCADA
FreeSCADA
Modbus TCP/RTU
Advanced TCP/IP Data Logger
Ardsoft Эмулятор Modbus
PortMon
MODBUS FOR WINDOWS
PeakHMI
Modpoll Modbus Master Simulator
QModMaster
modbus_tk
pymodbus
libmodbus

Благодарю всех, кто помог улучшить статью!

Спасибо за внимание!

21 мая 2014

Не всегда с первого раза понятно как настроить наши модули с помощью программы «Modbus Poll» и в этой статье я расскажу как это сделать.

Modbus is a serial communication protocol because of its simple and easy to use, and there is no copyright requirements, which has become real-time standards for communication protocols in industrial fields. The Modbus protocol is Schneider Electric’s predecessor MoDicon proposed in 1979. Modbus currently has two major version of Modbus serial ports, Modbus TCP / IP, and MODBUS TCP / IP. There are two variants of Modbus serial port: Modbus RTU is a compact, mode of binary representation, Modbus ASCII is a human readable, lengthy expression. There is also an expansion protocol Modbus Plus (Modbus + or MB +), but this protocol is a high-speed token network proprietary to MoDicon, unlike modbus, it requires a special coprocessor to process high-speed tokens similar to HDLC . The following figure shows that the Modbus protocol specification and existing protocols are as seen from the figure that Modbus is based on an application protocol on an existing OSI network model.

Modbus protocol and ISO / OSI model specific situation

2, Modbus application scenario

The Modbus protocol can solve data acquisition problems of different types of devices in factories, so that we can monitor the operation of the factory at any time by collecting data. The Modbus protocol allows simple communication in a variety of network architectures, and its common architectural diagrams are as follows.

HMI represents the user-machine interface, PLC is a commonly used acquisition equipment commonly used in the factory, and the various PLCs, I / O data interfaces in the factory can collect its data through a variety of Modbus protocols, and different Modbus protocol networks can be passed The gateway performs data exchange.

3, Modbus Agreement Content Description

3.1 Modbus network form and protocol

First introduce what is transferred on the MODBUS network before introducing the Modbus network? Similar to other protocols, the most basic communication unit of the Modbus protocol is a frame, and the entire Modbus frame is also referred to as the application data unit (ADU), and the ADU includes a protocol data unit (PDU) for faxing data that is required to transmit.

 

The Modbus protocol is a protocol of a master / from architecture. Only one node is a master node in the same MODBUS network, and other nodes using the Modbus protocol participating in communication are from the (SLAVE) node, the maximum number of the node is 247. Each SLAVE device has a unique address. In serial and MB + networks, communication is always initiated by the master node (on Ethernet, any device can send a modbus command, but only one master node device start command), the child node is not received by the master node Data will not be sent when the request is requested. There will be no directly to each other between individual nodes.

At the same time, the main node will only initiate a Modbus transaction. What is transaction processing? In fact, it is a complete response communication on the network. Mainly includes two forms,1 unicast mode ， 2 broadcast mode

The so-called unicast mode is that the primary node sends a message to a specified node (specified by the address domain in the ADU), after receiving and handling the request, returning a response message from the node to the primary node, in this mode Next, a Modbus transaction contains two packets, a request from the master node, a response from child node

So-calledBroadcast modeIt is the master node to send a request to all child nodes. When the address domain value of the request packet sent by the primary node is 0, all the slave nodes need to be processed, but do not need to return to the master node.

In fact, all devices in the physical layer will receive all requests, but when the address domain is not 0, the slave determines that the currently unicast mode, only the set of the address domain and its own address number will respond to the request, and the address domain is At 0, the slave determines that the broadcast message is broadcast, all the slave executes instructions, all devices that receive instructions run, but do not respond to the instructions.

There are two situations when the client (host) and server (slave) communications, one is normal, one is an abnormality.

The transaction is normal, and the client (host) sends a request to the server (slave) to the server (slave), fill the function code log in the function code, indicating the action required to perform, fill the specific requirements in the data code area, such as read registers. The address and quantity, the server will populate an operation code in the function code area of ​​the returned communication frame, which is the same as the value of the data area of ​​the communication frame in the function code area of ​​the returned communication frame, fill the returned sampling data.

When the transaction is abnormal, the schematic is shown in the function code of the returned communication frame, the difference error code = function code + 0x80, the highest position 1 of the function code is an error. The wrong error is filled in the subsequent data segment to indicate the error specific content of this communication.

The error detection domain is a detection domain for communication links, whether or not an error occurs during the error check method such as a CRC (cyclic redundancy check code).

4, frame detailed

The three forms of communication of the Modbus protocol have different frames, and the specific

MBAP is a universal newsletter, depending on the reliable network layer, typical length of each domain is as follows (as an example of serial link)

  Each functional domain：

4.1, address domain

The first part is that 8 bits are address domains, used to give the slave, and the host is not addressed, the server’s address must be unique. The Modbus address domain uses 1 byte, and the addressing space has 256 different addresses, but the legal address is 0 — 247.

 

The primary node is addressed by the address domain of the sub-node to the address domain of the packet. When the child node returns an answer, it puts his address in the address domain of the answer packet to let the master node know which child is answering.

4.2, function code

The second part 8 is a function code, and the function code indicates the action to be performed.
The host uses different functional code in the PDU, notifying the slave (server) to perform different actions, and the function code is divided into three categories:
A, public function code: This is the function code defined by the Modbus protocol organization, which is unanimously recognized, and it will not change in ordinary cases.
B, user-defined function code: There are two user-defined definition scope, decimal 65 to 72 and decimal 100 to 110, and can be used by the user.
C, reserved function code: This is some company’s function code used by some historical products, which is invalid for the public.

The definition of public function code is as follows:

Access form has single bits accesses and 16-bit access, there are file record access, where the coil here can be understood as switches 0, 1

4.3, data area

Before introducing the data area, first introduce the data model of the Mobbus protocol, and the data that Modbus accessible is stored in four blocks or address range: coil state , Discrete input, hold registers and input registers. The blocks here are conceptual definitions that they may exist as a separate memory address in a given system, but may also overlap. This is fully managed by the device.

Each block definition can contain 65,536 address spaces. In the definition of the PDU, Modbus defines the address of each data element, ranging from 0 to 65, 535. However, our physical devices such as registers, the coil usually numbered from 1 to N, where N is 65, 536. That is, the coil 1 1 is located in the coil state block of the address 10, and the holding register 34 is located in the slave is defined as a maintenance. Address 33 in the memory section of the register. When actual use, the device does not directly describe the data in a certain register, such as the voltage amount in the Save Register, but will be described as the voltage amount at address 40001 (or 4001, 40001, etc.), 4xxx, 4xxxx The difference between 4xxxxx depends on the address space used by the device. If all 65,536 registers are in use, 4xxxxx symbols should be used because they allow the beginning of the number of 400, 001 ~ 465, 536.4 because of the actual use of address encoding The prefix usually reflects the type of data, which is generally defined as follows, and the data type and prefix relationship.

4.4, error inspection domain

This domain is a serial link to perform the calculation results of the «redundant check» in the message content. Two different calculation methods are used in accordance with different transmission modes (RTU or ASCII).

4.5, the example

Request to read discrete output 20-38 instance

The state of the output 27-20 is represented as a hexadecimal value CD, or binary 1100 1101. Output 27 is the MSB of this byte, and output 20 is LSB. According to convention, the bit in one byte is represented as an MSB located on the left, and the LSB is located on the right. The output of the first byte is from left to right of 27 to 20. The output of the next byte is from left to right of 35 to 28. When serial transmission bits, the MSB is transmitted from the LSB: 20………………….. In the final data byte, output states 38-36 are represented as hexadecimal value 05, or binary 0000 0101. The output 38 is the sixth bit position on the left, and the output 36 is the LSB of this byte. Filled five remaining high bits with zero. If the number of outputs returned is not eight times, the remaining bits in the final data byte will be filled with zero. The internal process is as follows

4.6 exception code

5, about transmission

• 1 start bit
• 8 data bits, first send the minimum effective bit
• 1 bit as a parity
• 1 stop

Each character or byte is sent in this order (from left to right): the lowest effective bit (LSB)… Maximum Active Bit (MSB)

 

• 1 start bit
• 7 data bits, first send the minimum effective bit
• 1 bit as a parity
• 1 stop

Each character or byte is sent in this order (from left to right): the minimum effective bit (LSB)… Maximum Active Bit (MSB).

(ASCII hex 3a) started with ‘Enter-change line’ (CR LF) pair (ASCII hex 0D and 0A).

6, Modbus Simulator Modbus Poll and Modbus Slave Introduction

Modbus Poll is a Modbus host emulator developed by Witte Software for testing and debuging Modbus slave devices. Software supports ModbusRTU, ASCII, TCP / IP protocol. Support multi-device monitoring, you can monitor multiple slave devices / data fields. Support graphical monitoring packet information, loop packet transmission, register value independent growth. You can graphically set the slave device ID, function, address, size, and polling interval. A variety of formats, such as floating point, double precision, long integer (can be exchanged), and support Excel export.

software download：

After opening the software, the main interface is as follows, and the red no connection indicates that no slave device is connected. The above line represents the current communication statistics, TX represents the number of transmit frames. Err represents the error frame. The ID represents the ID number of the slave, F represents the function code, the SR represents the polling period, and the IP address and port number are displayed in the lower right corner.

Click Connection-> Connect … Pop-up registration code input box, you can enter the registration code, no words click Regster Later to try 30 days

After entering the registration code, pop up the Connection configuration

Support 5 connection forms

1 serial: Through the serial line. RS232 or RS485. You can use a USB serial converter.

2 TCP/IP: If you want to communicate with TCP / IP network, select TCP / IP. In this case, the slave ID is the same as the unit ID used in TCP / IP. The port number defaults to 502. If the connection fails, it is attempt to ping the device at the command prompt. If the ping command fails, the polling will also fail.

3 UDP/IP: If you want to communicate with UDP / IP network, select UDP / IP. This is the same as TCP / IP, but the UDP protocol is used to connect.

The RTU / ASCII via TCP / IP: This is the RTU or ASCII message sent by the TCP / IP network instead of a serial line. RTU / ASCII via UDP / IP: This is the RTU or ASCII message sent by the UDP / IP network instead of a serial line. Connection Type 3-5 is nothttp://www.modbus.orgThe specified standard is for some special applications.

When the connection success consisher, the interface is as follows (you need to use the slave _ _ _ _ _ _ _

Serial connection configuration:

Select the serial port after selecting the serial port.

The serial configuration is generally the default, unless there is special requirements, the MODE can select the RTU and ASCII types. On the right side, you can set the response timeout, and the train interval. For the interval, it is typically set to 20ms, and if this value is set to less than 20 milliseconds, the time interval between the response and the new request is not guaranteed. This is because Windows process schedules switched once every 10 to 20 milliseconds. If multiple slaves are polled in the serial RS485 network, the value should not be set to less than 20ms. This is to ensure the time interval of 3.5 characters. In the TCP / IP network, it is possible to less than 20 milliseconds.

Click Advanced Advanced … you can see the advanced settings, here usually don’t need to take it here a little more

RTS switch: RTS Switch Specifies if byte can be used for transmission, the RTS line will be high. After sending all buffer bytes, the RTS line will become a low level. If your 232/485 converter is automatically switched in the automatic direction, you can use it to switch the direction. Try to avoid using RTS-controlled RS232 / RS485 converters. It is difficult to determine the exact time of the transmitter in a non-real-time operating system (such as Windows and Linux). If it is closed, the character may still be in the send register of the FIFO or UART, which will result in the data loss, but if the shutdown time is too late, the message of the slave will be destroyed, the master will not recognize the message.

DSR: DSR Specifies whether the DSR (Data Set Ready) signal is monitored for output flow control. If this member is True and the DSR is off, the output will be suspended until the DSR is sent again.

CTS: CTS Specifies whether to monitor the CTS (Clear Send) signal for output flow control. If this check box is enabled and the CTS is turned off, the output will be pause until the CTS is sent again.

DTR: DTR Specifies whether it is enabled or disabled when the port is turned on.

Delete echoIf you use the device or RS232 / RS485 converter to return to the characters just sent, enable this feature automatically delete echo.

TCP / IP connection protocol configuration

Similar to the serial configuration, just a server (slave) IP configuration, port number, network connection timeout setting, can also switch the IPv4 and IPv6 network protocols.

parameter settings

Click Setup-> Read / Write Definiton … You can set the content of the monitoring window monitoring.

 

 

After clicking, you can set the slave address, select the function code, such as 03 is the read hold register value, address to fill in the register address, here you should pay attention to the address address addressing method 40011-> 10, quantity fill in the number of registers to read

The View section is used to set the number of lines displayed, and the address display in the Cell is displayed. Modbus’s function code is defined as follows

Common function code and address corresponding table

Set the pseudonym, you can directly double-click the cell corresponding to the AliaS column filled with the name of the convenient memory.

Select Setup-> Excel Log … You can set an Excel log to facilitate data processing

Select Setup-> LOG … You can set the storage detail, storage rate, split, error record form, etc. of logs.

Test function：

MODBUS POLL provides convenient test assistance to directly select the corresponding function to send commands to the slave under the Function menu.

Modbus Poll also provides text sending adjustment work, click Functions-> Test Center … Enter the test center, you can directly click Send Send after editing the command.

display setting.

By default, MODBUS POLL displays data in linened, which can click the Display menu as needed to modify the display format of each cell as needed.

 

Select Communication … You can see communication frame information

Modbus Poll also provides a real-time drawing page to help users see data reception, in general, do not need, and observe communication frames directly when debugging is generally enough.

MODBUS SLAVE introduction

Mobus Slave is analoging from slave (servers) to assist primary stations development debugging. Open Modbus Slave to see the main interface

 

The ID in the figure is station number, f is the function code of the response host.

Set the connection to the connection-> connection setup before connecting to the host, here I chose the TCP / IP protocol, the serial protocol is similar

Configure the slave to click Slave Definition …, set it up click OK

Then make some settings for the emulation interface, you can fill in the name of the Easy recognition in the AliaS column, double-click the right cell to pop up the register editing window, you can fill in the value you need, check the Auto Increment can be automatically increased each other.

After configuring the Slave emulator, you can click Connection, then use the host connection, start simulation debugging

 

If you need serial port protocol debugging, you can use virtual serial tools

Software download address

Reference article:VSPD virtual serial tool — Since then, bid farewell to hardware serial debugging

7, Modbus emulator mod_rssim introduction

If it is just general debugging to see if there is data, and if Modbus Poll can consider MOD_RSSIM. MOD_RSSIM is a lightweight Modbus slave simulator that simulates the slave of ModbustCP and Modbusrtu, which can simulate 254 handled stations. The software is simple and convenient to meet the general host debugging.

Official website:www.adroit.co.z download link

Main program window

After opening the program, the simulation begins directly, and there can be a host to connect the emulator. The main interface of the software is as follows, very lightweight, most features can operate directly on the interface.

basic settings

First select the protocol type, you can select the protocol type at the PROT drop-down window.

Click on the serial port flag to set the port number and station number.

 

Green digital logo representative station number in the lower left corner

Address mode

The address supports HEX mode and DEC mode, which can be selected by address type, as follows, because we typically use 4001, 40001 and other addresses, it can generally select DEC decimal mode, address right side + 0, + 1, + 2 representative Offset, offset unit is set by FMT.

Data type selection

Modbus has four data models, and the software can be selected via the I / O drop-down window.

After selecting different data types, the addresses in Address will change.

Data length and modification

Click the FMT drop-down window to select the type of registration, the type there is a few, usually we use the 16bit register type, ie Word16.

Data manual settings, double-click the register address, you can fill in the required values.

MOD_RSSIM has a good function to simulate data automatic growth, which is convenient to observe data dynamic changes on the host side, (here you can’t set up a single register automatic growth) If you need this feature, you can use Modbus Poll, click on the red villain below.

Pop up the following window

You can choose Bytes growth. Words grows different types. You can fill in the increment on Inrement, such as the growth of +1, can also choose the growth interval. The site status can be set on the next half of the interface.

advanced settings

Click the advanced set icon

In the pop-up window we can set the number of data registers, PDU maximum lengths.