Modbus, пратакол: апісанне, сфера прымянення, вартасці і недахопы

Modbus - адкрыты пратакол паслядоўнай сувязі. Быў распрацаваны ў 1979 годзе для выкарыстання з прыладамі праграмуемага лагічнага кантролера (PLC), у цяперашні час шырока выкарыстоўваецца для падлучэння многіх тыпаў прамысловых электронных прылад, падлучаных да розных тыпаў сетак.

Найбольш шырока выкарыстоўваецца пратакол ва ўсёй прамысловай аўтаматызацыі. Modbus вельмі папулярны. Гэта вельмі простая і зразумелая ў выкарыстанні прылада са стандартнай паслядоўнай сувяззю. У сеткі Modbus кожнае прылада глядзіць у сетку як набор шпулек (біт) і рэгістраў. Майстар счытвае і запісвае гэтыя шпулькі і рэгістры, выкарыстоўваючы вельмі просты і сціснутае набор каманд. Камунікацыя рухаецца толькі ў адным кірунку.

Рэалізацыя пратаколу Modbus, устаноўленая на практыцы, з'яўляецца вельмі кароткай. Хоць ёсць дваццаць асноўных каманд, толькі некаторыя з іх сапраўды рэалізаваны. Найбольш распаўсюджанымі камандамі лічацца счытваць шпулькі, запісваюцца шпулькі, счытванне рэгістра, ўстаноўка рэгістраў. Невялікі набор каманд - яшчэ адна прычына папулярнасці пратаколу.

Modbus — пратакол пашыранага прымянення

Пераўтваральнік пратаколаў шырока выкарыстоўваецца па шэрагу прычын:

• Modbus — пратакол з адкрытым зыходным кодам. Гэта азначае, што ён можа быць уключаны ў шырокі дыяпазон тыпаў прылад ад любога пастаўшчыка абсталявання.
• Выкарыстоўвае простую структуру паведамленняў, што робіць яе менш складанай для разгортвання. Можа запатрабаваць ўсяго некалькі дзён для рэалізацыі. Гэта відавочнае канкурэнтная перавага ў параўнанні з іншымі пратаколамі, якія могуць запатрабаваць месяцаў для вывучэння і разгортвання.
• Падтрымлівае паслядоўныя або Ethernet злучэння.
• Выкарыстоўваецца з двума тыпамі паслядоўных злучэнняў: RS-232 і RS-485. Некаторыя версіі пратаколу Modbus tcp таксама могуць быць адпраўленыя праз Ethernet або TCP/IP. Гэтыя паведамленні Modbus спакаваныя як однобитовые або 16-бітныя пакеты слоў.

Сеткавы пратакол Modbus не з'яўляецца часткай фізічнага ўзроўню ў сеткі. Сувязь перадаецца над фізічнымі ўзроўнямі, што дазваляе выкарыстоўваць яе ў многіх розных тыпах сетак. Гэта ўласцівасць нефизического ўзроўню робіць Modbus пратаколам прыкладнога характару.

Больш:

Lenovo v580c: падрабязны агляд

Сёння мы вырашылі напісаць пра ноўтбуку Lenovo v580c. Агляд будзе падрабязным, так як гэты партатыўны ПК серыі IdeaPad мае высокую папулярнасць, але не многія ведаюць, чым жа прыцягвае гэта прылада пакупнікоў. Мадэль з'яўляецца хуткай і змяшчае ў саб...

Брандмаўэр - што гэта? Стандартны абаронца ПК

Брандмаўэр – што гэта такое? Карысная функцыя ў аперацыйнай сістэме або малаэфектыўныя сродак абароны? Перш чым адказаць на гэтае пытанне, нам трэба высветліць, што робіць кампутар і як правільна яго наладзіць.Агульныя звесткіДля паспяховай пра...

"Аблівіян": праходжанне гульні. Кіраўніцтва і парады па праходжанні гульні "Аблівіян"

The Elder Scrolls IV: Oblivion — ролевая гульня ад кампаніі Bethesda Games Studios. Адразу ж пасля рэлізу у 2006 годзе яна стала вельмі папулярнай. Сюжэт заснаваны на супрацьстаянні галоўнага героя і культу Прынца Разбурэння, які плануе адкрыць...

Пратакол перадачы дадзеных Modbus — гэта агульны спосаб збору дадзеных з розных крыніц для прагляду аперацый, архівавання і ліквідацыі непаладак з цэнтральнага аддаленага месцы. Ён шырока выкарыстоўваецца і з'яўляецца даволі просты тэхналогіяй. У залежнасці ад прыкладання, больш новы пратакол можа мець больш пераваг.

Як правіла, ПК настроены на запуск такіх праграм, як Wonderware, Intellution або LabVIEW ў адным месцы для збору дадзеных з розных працэсаў па ўсім прадпрыемству. Іншае дадатак прызначана для налады аддаленых кантролераў вытворчых працэсаў (ПЛК, Allen-Bradley, Siemens, PLCDirect і іншыя). Для рэагавання на розныя ўзроўні або рэжымы, якія перадаюцца з прылады.

Два варыянту пратакола

Існуе два варыянту пратакола, якія праходзяць праз паслядоўныя злучэння. Адным з іх з'яўляецца пратакол Modbus RTU. Апісанне гэтага варыянту: яно больш кампактнае, выкарыстоўвае двойкавую сувязь. У дадзеным фармаце перадача дадзеных заўсёды суправаджаецца цыклічнай кантрольнай сумай надмернасці, якая выкарыстоўваецца для выяўлення праблем перадачы.

Другі варыянт — Modbus ASCII. Гэтая версія больш падрабязная, выкарыстоўвае шаснаццатковае ASCII кадаваньне-дадзеных, якое можа быць прачытана аператарамі. Modbus ASCII з'яўляецца менш абароненым пратаколам. Паколькі ён менш эфектыўны, чым Modbus RTU, аператары павінны выкарыстоўваць ASCII толькі для перадачы дадзеных на прылады, якія не падтрымліваюць фармат RTU. ASCII таксама можа быць карысным, калі паведамленне RTU не можа быць правільна ўжыта.

Пратакол Modbus для чайнікаў

Modbus - гэта пратакол паслядоўнай сувязі, які выкарыстоўваецца для перадачы інфармацыі па паслядоўным лініях паміж электроннымі прыладамі. Тое, якое запытвае інфармацыю, называецца вядучым (Master), а інфармацыя аб пастаўцы прылад — падначаленыя прылады (Slaves). У стандартнай сеткі Modbus ёсць адзін Master і да 247 Slaves, кожны з якіх мае унікальны падначалены адрас ад 1 да 247. Master можа таксама запісваць інфармацыю ў Slaves.

Для чаго яго выкарыстоўваюць?

Modbus з'яўляецца адкрытым пратаколам. Гэта азначае, што вытворцы бясплатна могуць ўбудоўваць яго ў сваё абсталяванне. Ён стаў стандартным пратаколам сувязі ў прамысловасці, а ў цяперашні час з'яўляецца найбольш распаўсюджаным сродкам падлучэння прамысловых электронных прылад. Ён шырока выкарыстоўваецца многімі вытворцамі ў многіх галінах.

Modbus звычайна выкарыстоўваецца для перадачы сігналаў ад прыбораў і прылад кіравання назад у галоўны кантролер або сістэму збору дадзеных, напрыклад, сістэму, якая вымярае тэмпературу і вільготнасць, перадае вынікі на кампутар. Modbus часта выкарыстоўваецца для падлучэння кантрольнага кампутара з выдаленым тэрмінальным блокам (RTU) у сістэмах дыспетчарскага кіравання і збору дадзеных (SCADA). Версіі пратаколу Modbus існуюць для паслядоўных ліній (RTU і ASCII) і для Ethernet (TCP).

Як гэтапрацуе?

Modbus перадаецца па паслядоўным лініях паміж прыладамі. Самай простай устаноўкай быў бы адзін паслядоўны кабель, які злучае паслядоўныя парты на двух прыладах: Master і Slave.

Дадзеныя адпраўляюцца як серыя адзінак і нулёў, званых бітамі. Кожны біт перадаецца як напружанне, нулі - станоўчыя, а адзінкі - адмоўныя напружання. Біты адпраўляюцца вельмі хутка. Тыповая хуткасць перадачы складае 9600 бод (біт у секунду).

Пратакол Master/Slave

Пры апісанні пратаколу Modbus RTU сувязь ажыццяўляецца паміж цэнтралізаваным вядучым абсталяваннем, 247 падлучанымі электроннымі прыладамі ў адной сеткі. Канструкцыю звычайна называюць пратаколам «вядучы/кіраваны», паколькі сістэма Master запытвае інфармацыю ў падлучаных прылад, якія называюцца «падначаленымі». Кіраваныя прылады адпраўляюць інфармацыю толькі майстру ў адказ на гэтыя запыты, яны не працуюць аўтаномна. Вядучы можа таксама запісваць інфармацыю на падначаленыя прылады, але падначаленыя прылады не могуць запісваць інфармацыю вядучаму прылады.

Калі вядзёнае прылада перадае паведамленне Modbus, яно пачынае фармаваць паведамленне з унікальным ідэнтыфікатарам адрасы. Гэта лік ад 1 да 247, што дазваляе майстру вызначаць, якое канкрэтнае прылада адказвае запытанай інфармацыі.

Сувязь і прылады

Кожнаму прылады, прызначанай для сувязі з выкарыстаннем Modbus, прысвойваецца унікальны адрас. У паслядоўных сетках толькі вузел, прызначаны майстрам, можа ініцыяваць каманду. У Ethernet любое прылада можа адпраўляць каманду Modbus, хоць звычайна гэта робіць толькі адно вядучае. Каманда змяшчае адрас прылады, для якога ён прызначаны (ад 1 да 247). Усе каманды ўключаюць інфармацыю кантрольнай сумы, каб дазволіць атрымальніку выяўляць памылкі перадачы. Базавыя каманды Modbus паказваюць RTU на змяненне значэння ў адным з сваіх рэгістраў, кіраванне або чытанне порта ўводу-вываду, каманду прылады адправіць назад адно або некалькі значэнняў, якія змяшчаюцца ў яго рэгістрах.

Існуе шмат мадэмаў і шлюзаў, якія падтрымліваюць Modbus, паколькі гэта вельмі просты пратакол і часта капіюецца. Некаторыя з іх былі распрацаваны спецыяльна для яго. Розныя рэалізацыі выкарыстоўваюць правадную, бесправадную сувязь, напрыклад, у дыяпазоне ISM, і нават службу кароткіх паведамленняў (SMS), а таксама паслугу агульнай пакетнай радыёсувязі (GPRS). Тыповыя праблемы, з якімі даводзіцца сутыкацца дызайнерам, ўключаюць праблемы з высокай затрымкай і часам.

Агляд тыпаў рэгістра Modbus

Тыпы рэгістраў, на якія спасылаюцца прылады, ўключаюць:

• катушку (дыскрэтны выхад);
• дыскрэтны ўваход;
• ўваходны рэгістр;
• рэгістрацыю холдынгу.

Коды функцый

Існуе тры катэгорыі кодаў функцый Modbus:

• Коды агульных функцый - ад 1 да 127, за выключэннем карыстацкіх кодаў, правераных супольнасцю Modbus, публічна задакументаваныя і гарантавана ўнікальныя.
• Прыстасаваныя коды функцый - знаходзяцца ў двух дыяпазонах ад 65 да 72, ад 100 да 110.
• Коды зарэзерваваных функцый - выкарыстоўваюцца некаторымі кампаніямі для састарэлых прадуктаў, недаступныя для агульнага карыстання.

Перавагі

Некаторыя перавагі выкарыстання пратаколу Modbus:

• Калі драйвер ўжо ўсталяваны, а карыстальнік знаёмы з Ethernet і сокетамі TCP/IP, драйвер можа працаваць і абменьвацца дадзенымі з ПК праз некалькі гадзін. Выдаткі на распрацоўку лічацца нізкімі. Патрабуецца мінімальная колькасць абсталявання. Драйвер сумяшчальны з любой аперацыйнай сістэмай.
• Няма неабходнасці ў «экзатычных» наборы мікрасхем, таму сістэма можа выкарыстоўваць стандартныя ПК-карты Ethernet для зносін з нядаўна рэалізаваным прыладай. Паколькі кошт Ethernet падае, скарачаюцца выдаткі на апаратнае забеспячэнне. Карыстальнікі не прывязаныя да аднаго пастаўшчыка паслуг для падтрымкі, але могуць скарыстацца цяперашнімі распрацоўкамі.
• Спецыфікацыя даступная бясплатна для запампоўкі, ніякіх дадатковых ліцэнзійных збораў, неабходных для выкарыстання пратаколаў Modbus, не патрабуецца.
• Узаемадзеянне паміж прыладамі розных вытворцаў і сумяшчальнасць з усталяванай базай сумяшчальных прылад.

Стаяць пераўтваральнікі пратаколаў Modbus дорага. Кошт прамысловых шлюзаў складае 1000 даляраў.

Абмежаванні

Паколькі Modbus быў распрацаваны ў канцы 1970-х гадоў для сувязі з праграмуемымі лагічнымі кантролерамі, колькасць тыпаў дадзеных абмежаваная тымі, якія былі зразуметыя ПЛК ў той час. Вялікія двайковыя аб'екты не падтрымліваюцца.

Няма стандартнага спосабу для вузла, каб знайсці апісанне аб'екта дадзеных, напрыклад, каб вызначыць, ці ўяўляе значэнне рэгістра - значэнне тэмпературы паміж 30 і 175 градусамі.

Паколькі Modbus з'яўляецца пратаколам тыпу «вядучы/кіраваны», для прылады няма магчымасці «паведамляць аб выключэнні» (акрамя Ethernet TCP/IP, званага open-mbus). Галоўны вузел павінен рэгулярна атрымліваць дадзеныя з даччыных прылад, а таксама шукаць змены ў дадзеных. Гэта нагружае паласу прапускання, павялічвае час падлучэння да сеткі ў прыкладаннях, дзе прапускная здольнасць можа быць дарагі, напрыклад, у каналах з нізкай хуткасцю перадачы дадзеных.

Modbus абмяжоўваецца адрасаваннем 254 прылад на адной лініі перадачы дадзеных, што абмяжоўвае колькасць прылад, якія могуць быцьпадлучаныя да майстар-станцыі (Ethernet TCP/IP з'яўляецца выключэннем). Перадачы павінны быць бесперапыннымі, што абмяжоўвае тыпы аддаленых камунікацыйных прылад тымі, якія могуць буферизовать дадзеныя, каб пазбегнуць прабелаў у перадачы. Сам пратакол Modbus не забяспечвае абарону ад несанкцыянаваных каманд або перахопу дадзеных. Важна разумець, што ў працэсе перадачы інфармацыі ўзнікаюць лагічныя памылкі, а таксама звязаныя з скажэннямі пры абмене.