На определенном этапе технического развития вместе с ростом числа и разнообразия используемого оборудования возникла необходимость использования универсального «языка» для взаимодействия устройств, который бы позволил создавать сложные логические системы из оборудования разных производителей, и благодаря этому, осуществлять гибкую автоматизацию, организовывать системы контроля за техническими процессами и условиями производства, а также решать задачи по протоколированию собранных данных.
Одним из таких универсальных языков для связи между промышленными электронными устройствами стал протокол Modbus, который появился более 40 лет назад, в 1979 году. Многие производители в то время поддержали этот протокол связи, и на рынке электронных устройств он является на сегодняшний день распространённым.
Какие приборы производства АО «ЭКСИС» поддерживают Modbus?
На данный момент это сетевые блоки термогигрометров ИВТМ-7, гигрометров ИВГ-1, термоанемометров ТТМ-2, газоанализаторов МАГ-6, приборы ИВТМ-7 Н. В ближайшее время мы планируем добавить поддержку Modbus во все имеющиеся приборы с интерфейсами связи RS-232, RS-485 и Ethernet.
Стандартизированные протоколы обмена данными (RTU и TCP), позволяют подключать приборы компании-заказчика в нашу измерительную систему, а также оборудование производства АО «ЭКСИС» в уже существующие контрольно-измерительные системы.
Что нужно для использования Modbus?
- Программа первоначальной настройки – доступна для бесплатного скачивания с нашего сайта (центр загрузки).
- Описание регистров Modbus – в приложении к паспорту прибора.
Modbus представляет собой открытый протокол связи, который передаётся по физическим линиям последовательных асинхронных интерфейсов RS232, RS485, RS422 (Modbus RTU, Modbus ASCII) и Ethernet (Modbus TCP) интерфейсов. Способ взаимодействия в протоколе Modbus основан на принципе клиент-сервер (запрос-ответ, master-slave). Каждому прибору системы присваивается свой уникальный номер (ID-устройства). Все устройства системы находятся в режиме ожидания приёма команды от сервера (master-устройства). Сервер рассылает пакеты («сообщения»), каждый из которых адресован определённому устройству.
В пакете запроса от сервера всегда содержатся:
- ID –уникальный адрес;
- PDU – основная часть пакета, которая состоит из команды (код выполняемой функции) и данные функции; это информация о том, где, в каком количестве и какие данные необходимо записать или прочитать для выполнения данной функции;
- Контрольная сумма – это алгоритмы проверки; проверка целостности пакета (сообщения) между устройствами. Она может отличаться по типу в зависимости от интерфейса и типа протокола, например, в Modbus RTU используется алгоритм CRC16, в Modbus ASCII применяется менее надёжный, но более простой LRC8, а в Modbus TCP целостность пакета проверяется на уровне протокола TCP.
Команды-запросы бывают трех основных видов:
- Публичные коды – это предустановленные коды, список которых известен заранее; часть их может быть назначена и использована, а часть оставаться не задействованной производителем оборудования или предназначаться для будущего использования.
- Настраиваемые коды – это два диапазона определяемых пользователем кодов 65-72 и 100-110, функции для которых не были предусмотрены изначально, но производитель оборудования может присваивать этим командам специализированные функции по своему усмотрению.
- Зарезервированные коды - это коды (9, 10, 13, 14, 41, 42, 43, 90, 91, 125, 126 и 127), которые не являются стандартными; они недоступны для использования, т.к. их уже используют в своих старых продуктах некоторые изготовители.
После успешного выполнения полученной команды slave-устройство отправляет master-устройству ответ, который повторяет полученную ранее функцию.
Если при выполнении команды возникают ошибки, код функции в ответном пакете изменяется: старший бит выставляется «1», например, 0х03 (0000 0011). Если при такой команде у ведомого возникла ошибка, то ответом будет 0х83 (1000 0011). Вдобавок к этому slave-устройство записывает в поле данных информацию, которая указывает на тип ошибки. Это значения от 01 до 08, каждое из которых имеет свою определённую расшифровку.
Функция 0х03 является одной из самых часто используемых функций. Она предназначена для считывания регистров общего назначения из устройства. В запросе указывается количество регистров и адрес первого из них, при этом список доступных для чтения регистров (карта регистров), как правило, декларируется производителем каждого конкретного устройства. Часто использования одной этой функции достаточно для того, чтобы опрашивать сложные измерительные системы, состоящие из оборудования разных назначений и производителей.
Как и любое решение, протокол Modbus имеет определённые особенности:
-
Данный стандарт не предусматривает начальную инициализацию системы. Для ввода системы в эксплуатацию необходимо предварительно устанавливать ID-номер и свой собственный набор команд и/или регистров для каждого устройства, а также согласовывать скорость обмена.
-
Инициировать отправку пакетов с данными может только master-устройство, для подчинённых устройств такой возможности не предусмотрено. Для осуществления обмена master-устройство регулярно осуществляет опрос подчинённых-slave устройств с установленным периодом.
Несмотря на имеющиеся ограничения открытый протокол связи Modbus широко востребован благодаря его универсальности и надежности. Поэтому многие производители профессионального измерительного оборудования обеспечивают поддержку этого стандарта, что в итоге даёт конечному пользователю возможность совмещать в одной сети устройства различных производителей и поколений, не только развивая измерительную сеть, но и рационально используя имеющиеся ресурсы.
