12 063
правки
(Подготовка страницы к переводу) |
(Отметить эту версию для перевода) |
||
Строка 2: | Строка 2: | ||
<translate> | <translate> | ||
===Основные понятия=== | ===Основные понятия=== <!--T:1--> | ||
<!--T:2--> | |||
Modbus - это протокол прикладного (седьмого) уровня модели [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D1%82%D0%B5%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8C_OSI OSI], он служит для обмена данными, чаще всего между устройствами автоматизации и реализован в виде "протокола ответов на запросы (request-reply protocol)". | Modbus - это протокол прикладного (седьмого) уровня модели [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D1%82%D0%B5%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8C_OSI OSI], он служит для обмена данными, чаще всего между устройствами автоматизации и реализован в виде "протокола ответов на запросы (request-reply protocol)". | ||
<!--T:3--> | |||
В устройствах Wirenboard данные Modbus передаются по последовательным линиям связи RS-485. В последовательных линиях связи протокол RS-485 полудуплексный и работает по принципу «клиент-сервер». Каждое устройство в сети (кроме ведущего см. далее) имеет адрес от 1 до 247, адрес 0 используется для широковещательной передачи данных всем устройствам, а адреса 248–255 считаются зарезервированными согласно спецификации Modbus, их использование не рекомендуется. | В устройствах Wirenboard данные Modbus передаются по последовательным линиям связи RS-485. В последовательных линиях связи протокол RS-485 полудуплексный и работает по принципу «клиент-сервер». Каждое устройство в сети (кроме ведущего см. далее) имеет адрес от 1 до 247, адрес 0 используется для широковещательной передачи данных всем устройствам, а адреса 248–255 считаются зарезервированными согласно спецификации Modbus, их использование не рекомендуется. | ||
<!--T:4--> | |||
Существует две спецификации протокола: Modbus RTU и Modbus ASCII. В Modbus RTU передается 11-битный символ, состоящий из 1 стартового бита, 8 бит данных (начиная с младшего бита), бит четности (необязателен) и 2 стоповых бита, если бит четности не передается, или 1 стоповый бит, если бит четности не передается. Такой символ позволяет передать 1 байт данных. В устройствах Wiren Board бит контроля четности не передается и используется 2 стоповых бита. В Modbus ASCII каждый байт передается двумя символами, представляющими ASCII-коды младшей и старшей четырехбитной группы байта ([http://www.simplymodbus.ca/ASCII.htm пример]). Modbus RTU позволяет передавать больше информации при той же скорости последовательной линии и в устройствах Wiren Board используется именно он. Все дальнейшее описание относится к Modbus RTU. | Существует две спецификации протокола: Modbus RTU и Modbus ASCII. В Modbus RTU передается 11-битный символ, состоящий из 1 стартового бита, 8 бит данных (начиная с младшего бита), бит четности (необязателен) и 2 стоповых бита, если бит четности не передается, или 1 стоповый бит, если бит четности не передается. Такой символ позволяет передать 1 байт данных. В устройствах Wiren Board бит контроля четности не передается и используется 2 стоповых бита. В Modbus ASCII каждый байт передается двумя символами, представляющими ASCII-коды младшей и старшей четырехбитной группы байта ([http://www.simplymodbus.ca/ASCII.htm пример]). Modbus RTU позволяет передавать больше информации при той же скорости последовательной линии и в устройствах Wiren Board используется именно он. Все дальнейшее описание относится к Modbus RTU. | ||
<!--T:5--> | |||
Ведущее устройство ("мастер", или "клиент") периодически опрашивает "ведомое", или "сервер". Ведущее устройство не имеет адреса, передача сообщений от устройства-сервера ведущему без запроса ведущего в протоколе не предусмотрена. | Ведущее устройство ("мастер", или "клиент") периодически опрашивает "ведомое", или "сервер". Ведущее устройство не имеет адреса, передача сообщений от устройства-сервера ведущему без запроса ведущего в протоколе не предусмотрена. | ||
<!--T:6--> | |||
[[Special:MyLanguage/Файл:Modbus_Datagram.png|900px|thumb|left|Датаграмма Modbus в общем виде]] | [[Special:MyLanguage/Файл:Modbus_Datagram.png|900px|thumb|left|Датаграмма Modbus в общем виде]] | ||
<!--T:7--> | |||
Пакет данных Modbus выглядит, как это показано на рисунке. '''PDU''' (Protocol Data Unit) — общая часть пакета MODBUS, включающая код функции и данные пакета. '''ADU''' (Application Data Unit) — полный пакет MODBUS. Включает в себя специфичную для физического уровня часть пакета и PDU. Для последовательных линий в заголовке ADU передается адрес устройства, а в конце — контрольная сумма CRC16. Максимальный размер ADU в последовательных коммуникационных линиях составляет '''253 байта''' (из максимальных, разрешенных спецификацией 256 байт вычитается 1 байт адреса и два байта контрольной суммы). Для справки — в Modbus TCP максимальная длина пакета составляет 260 байт. | Пакет данных Modbus выглядит, как это показано на рисунке. '''PDU''' (Protocol Data Unit) — общая часть пакета MODBUS, включающая код функции и данные пакета. '''ADU''' (Application Data Unit) — полный пакет MODBUS. Включает в себя специфичную для физического уровня часть пакета и PDU. Для последовательных линий в заголовке ADU передается адрес устройства, а в конце — контрольная сумма CRC16. Максимальный размер ADU в последовательных коммуникационных линиях составляет '''253 байта''' (из максимальных, разрешенных спецификацией 256 байт вычитается 1 байт адреса и два байта контрольной суммы). Для справки — в Modbus TCP максимальная длина пакета составляет 260 байт. | ||
<!--T:8--> | |||
Функция кодируется одним байтом и определяет, какое действие должно выполнить устройство-сервер. Значение кодов функций лежат в диапазоне от 1 до 255, причем коды от 128 до 255 зарезервированы для сообщений об ошибках со стороны устройства-сервера. Код 0 не используется. Размер блока данных может варьироваться от нуля до максимально допустимого. Если обработка запроса прошла без ошибок, то устройство-сервер возвращает пакет ADU, содержащий запрошенные данные. | Функция кодируется одним байтом и определяет, какое действие должно выполнить устройство-сервер. Значение кодов функций лежат в диапазоне от 1 до 255, причем коды от 128 до 255 зарезервированы для сообщений об ошибках со стороны устройства-сервера. Код 0 не используется. Размер блока данных может варьироваться от нуля до максимально допустимого. Если обработка запроса прошла без ошибок, то устройство-сервер возвращает пакет ADU, содержащий запрошенные данные. | ||
<!--T:9--> | |||
[[Special:MyLanguage/Файл:Modbus_transaction_OK.png|700px|thumb|center|Modbus-транзакция, прошедшая без ошибок]] | [[Special:MyLanguage/Файл:Modbus_transaction_OK.png|700px|thumb|center|Modbus-транзакция, прошедшая без ошибок]] | ||
<!--T:10--> | |||
---- | ---- | ||
<!--T:11--> | |||
При возникновении ошибки устройством возвращается код ошибки. В случае обычной транзакции код функции в ответе возвращается без изменений; в случае ошибки старший бит кода функции устанавливается в единицу (то есть ''код функции'' + 0x80) | При возникновении ошибки устройством возвращается код ошибки. В случае обычной транзакции код функции в ответе возвращается без изменений; в случае ошибки старший бит кода функции устанавливается в единицу (то есть ''код функции'' + 0x80) | ||
<!--T:12--> | |||
[[Special:MyLanguage/Файл:Modbus_transaction_ERR.png|700px|thumb|center|Modbus-транзакция с ошибками]] | [[Special:MyLanguage/Файл:Modbus_transaction_ERR.png|700px|thumb|center|Modbus-транзакция с ошибками]] | ||
<!--T:13--> | |||
---- | ---- | ||
Стоит определить таймаут ожидания ответа от ведомого устройства — бессмысленно долго ждать ответ, который, возможно, из-за какой-то ошибки никогда и не придет. | Стоит определить таймаут ожидания ответа от ведомого устройства — бессмысленно долго ждать ответ, который, возможно, из-за какой-то ошибки никогда и не придет. | ||
===Структуры данных Modbus=== | ===Структуры данных Modbus=== <!--T:14--> | ||
<!--T:15--> | |||
В Modbus принято кодировать адреса и данные в формате big-endian, то есть в формате, когда байты следуют, начиная со старшего: например, при передаче шестнадцатеричного числа 0x1234 сначала устройством будет принят байт 0x12, а затем — 0x34. Для передачи данных другого типа, например, чисел с плавающей запятой (float), текстовых строк, даты и времени суток и т.п. производитель может выбрать свой собственный способ кодирования — для расшифровки получаемых данных важно ознакомится со спецификацией производителя устройства. | В Modbus принято кодировать адреса и данные в формате big-endian, то есть в формате, когда байты следуют, начиная со старшего: например, при передаче шестнадцатеричного числа 0x1234 сначала устройством будет принят байт 0x12, а затем — 0x34. Для передачи данных другого типа, например, чисел с плавающей запятой (float), текстовых строк, даты и времени суток и т.п. производитель может выбрать свой собственный способ кодирования — для расшифровки получаемых данных важно ознакомится со спецификацией производителя устройства. | ||
===Модель данных Modbus=== | ===Модель данных Modbus=== <!--T:16--> | ||
<!--T:17--> | |||
Обмен данными с Modbus-устройствами происходит через регистры. В протоколе Modbus определяется четыре типа регистров, показанных в таблице: | Обмен данными с Modbus-устройствами происходит через регистры. В протоколе Modbus определяется четыре типа регистров, показанных в таблице: | ||
{|class="wikitable" align="center" | {|class="wikitable" align="center" | ||
Строка 56: | Строка 70: | ||
|} | |} | ||
<!--T:18--> | |||
'''Регистры флагов''' (Coils) хранят однобитные значения - то есть могут находится в состоянии 0 или 1. Такие регистры могут обозначать текущее состояние выхода (включено реле). Название "coil" буквально и означает обмотку-актюатор электромеханического реле. Регистры флагов допускают как чтение, так и запись. | '''Регистры флагов''' (Coils) хранят однобитные значения - то есть могут находится в состоянии 0 или 1. Такие регистры могут обозначать текущее состояние выхода (включено реле). Название "coil" буквально и означает обмотку-актюатор электромеханического реле. Регистры флагов допускают как чтение, так и запись. | ||
<!--T:19--> | |||
'''Дискретные входы''' (Discrete Inputs) также являются однобитными регистрами, описывающими состояние входа устройства (например подано напряжение — 1). Эти регистры поддерживают только чтение. | '''Дискретные входы''' (Discrete Inputs) также являются однобитными регистрами, описывающими состояние входа устройства (например подано напряжение — 1). Эти регистры поддерживают только чтение. | ||
<!--T:20--> | |||
'''Регистры хранения''' (Holding Registers) и '''регистры ввода''' (Input Registers) представлены двухбайтовым словом и могут хранить значения от 0 до 65535 (0x0000 — 0xFFFFF). | '''Регистры хранения''' (Holding Registers) и '''регистры ввода''' (Input Registers) представлены двухбайтовым словом и могут хранить значения от 0 до 65535 (0x0000 — 0xFFFFF). | ||
Регистры ввода допускают только чтение (например, текущее значение температуры). Регистры хранения поддерживают как чтение, так и запись (для хранения настроек). В настоящее время во многих устройствах, в частности в устройствах Wiren Board, эти регистры не разделяются. Команды на чтение регистра хранения N и регистра ввода N обратятся к одному и тому же значению в адресном пространстве устройства. | Регистры ввода допускают только чтение (например, текущее значение температуры). Регистры хранения поддерживают как чтение, так и запись (для хранения настроек). В настоящее время во многих устройствах, в частности в устройствах Wiren Board, эти регистры не разделяются. Команды на чтение регистра хранения N и регистра ввода N обратятся к одному и тому же значению в адресном пространстве устройства. | ||
===Адреса и номера регистров=== | ===Адреса и номера регистров=== <!--T:21--> | ||
<!--T:22--> | |||
В стандарте Modbus для каждого из четырех типов регистров используются разные таблицы с номерами 0,1,3,4. Таким образом, регистр определенного типа с определенным номером (иначе его называют физическим адресом) имеет свой адрес в соответствующей таблице. | В стандарте Modbus для каждого из четырех типов регистров используются разные таблицы с номерами 0,1,3,4. Таким образом, регистр определенного типа с определенным номером (иначе его называют физическим адресом) имеет свой адрес в соответствующей таблице. | ||
<!--T:23--> | |||
{|class="wikitable" align="center" | {|class="wikitable" align="center" | ||
! Таблица || Номер таблицы || Начальный логический адрес || Номер регистра (физический адрес) || Диапазон логических адресов | ! Таблица || Номер таблицы || Начальный логический адрес || Номер регистра (физический адрес) || Диапазон логических адресов | ||
Строка 84: | Строка 103: | ||
|} | |} | ||
<!--T:24--> | |||
Это вносит некоторую путаницу в понимание, по какому же адресу обратиться к регистру с нужным номером. Более того, понятия "адрес" и "регистр" могут применяться производителем произвольно. Чаще всего указываются номера регистров, как, например для устройств Wiren Board.В некоторых устройствах применяются более короткие логические адреса (.0001 — .9999), и для адреса используется 5, а не 6 цифр. | Это вносит некоторую путаницу в понимание, по какому же адресу обратиться к регистру с нужным номером. Более того, понятия "адрес" и "регистр" могут применяться производителем произвольно. Чаще всего указываются номера регистров, как, например для устройств Wiren Board.В некоторых устройствах применяются более короткие логические адреса (.0001 — .9999), и для адреса используется 5, а не 6 цифр. | ||
<!--T:25--> | |||
Иногда в описаниях устройства указываются только логические адреса. Например, coil-регистр 0 имеет адрес 000001, регистр ввода 4 — 400005 и т.д. | Иногда в описаниях устройства указываются только логические адреса. Например, coil-регистр 0 имеет адрес 000001, регистр ввода 4 — 400005 и т.д. | ||
<!--T:26--> | |||
В готовых шаблонах устройств контроллера Wiren Board 5 есть шаблон для однофазного счетчика электроэнергии SDM220 (/usr/share/wb-mqtt-serial/templates/config-sdm220.json). В документации от производителя "Eastron SDM | В готовых шаблонах устройств контроллера Wiren Board 5 есть шаблон для однофазного счетчика электроэнергии SDM220 (/usr/share/wb-mqtt-serial/templates/config-sdm220.json). В документации от производителя "Eastron SDM | ||
220 Modbus Smart Meter Modbus Protocol Implementation V1.0" перечислены регистры и соответствующие им измеряемые параметры, например: | 220 Modbus Smart Meter Modbus Protocol Implementation V1.0" перечислены регистры и соответствующие им измеряемые параметры, например: | ||
<!--T:27--> | |||
{|class="wikitable" align="center" | {|class="wikitable" align="center" | ||
! Address (Register)|| Description || Units || Modbus Protocol Start Address Hex (Hi Byte Lo Byte) | ! Address (Register)|| Description || Units || Modbus Protocol Start Address Hex (Hi Byte Lo Byte) | ||
Строка 110: | Строка 133: | ||
| ... || ... || ... ... | | ... || ... || ... ... | ||
<!--T:28--> | |||
|} | |} | ||
<!--T:29--> | |||
Производитель в таблице приводит и логические, и физические адреса регистров, что позволяет нам с легкостью создать шаблон устройства и проиллюстрировать связь между логическими и физическими адресами Modbus-регистров. | Производитель в таблице приводит и логические, и физические адреса регистров, что позволяет нам с легкостью создать шаблон устройства и проиллюстрировать связь между логическими и физическими адресами Modbus-регистров. | ||
<!--T:30--> | |||
[[Special:MyLanguage/Файл:SDM220_Template.png|700px|thumb|center|Фрагмент шаблона счетчика SDM220]] | [[Special:MyLanguage/Файл:SDM220_Template.png|700px|thumb|center|Фрагмент шаблона счетчика SDM220]] | ||
=== Коды функций чтения и записи регистров === | === Коды функций чтения и записи регистров === <!--T:31--> | ||
<!--T:32--> | |||
В следующей таблице приведены наиболее распространенные коды функций Modbus: | В следующей таблице приведены наиболее распространенные коды функций Modbus: | ||
<!--T:33--> | |||
{|class="wikitable" align="center" | {|class="wikitable" align="center" | ||
!Код функции || HEX || Название || Действие | !Код функции || HEX || Название || Действие | ||
Строка 150: | Строка 178: | ||
|} | |} | ||
<!--T:34--> | |||
Команды условно можно разделить по типам: чтение значений — запись значений; операция с одним значением — операция с несколькими значениями. | Команды условно можно разделить по типам: чтение значений — запись значений; операция с одним значением — операция с несколькими значениями. | ||
=== Формат данных запросов и ответов Modbus === | === Формат данных запросов и ответов Modbus === <!--T:35--> | ||
<!--T:36--> | |||
Рассмотрим подробнее, как происходит обмен данными между устройством-клиентом, отправляющим запрос, и устройством-сервером, отвечающим ему. | Рассмотрим подробнее, как происходит обмен данными между устройством-клиентом, отправляющим запрос, и устройством-сервером, отвечающим ему. | ||
На следующем рисунке показан обмен данными контроллера с устройством с адресом 0x01. Мы хотим прочесть 8 coil-регистров, начиная с первого. | На следующем рисунке показан обмен данными контроллера с устройством с адресом 0x01. Мы хотим прочесть 8 coil-регистров, начиная с первого. | ||
[[Special:MyLanguage/Файл:Read_8_Coils_2.png|600px|thumb|center|Обмен данными в Modbus]] | [[Special:MyLanguage/Файл:Read_8_Coils_2.png|600px|thumb|center|Обмен данными в Modbus]] | ||
<!--T:37--> | |||
В качестве данных мы получили шестнадцатеричное число 0x2D, то есть состояние восьми coil-регистров в двоичном виде такое: 0b10110100. | В качестве данных мы получили шестнадцатеричное число 0x2D, то есть состояние восьми coil-регистров в двоичном виде такое: 0b10110100. | ||
<!--T:38--> | |||
---- | ---- | ||
<!--T:39--> | |||
В следующей таблице приведены структуры данных запросов и ответов для основных функций Modbus. | В следующей таблице приведены структуры данных запросов и ответов для основных функций Modbus. | ||
<!--T:40--> | |||
{|class="wikitable" align="center" | {|class="wikitable" align="center" | ||
!Код функции || Запрос || Ответ | !Код функции || Запрос || Ответ | ||
Строка 189: | Строка 223: | ||
=== Коды исключений (ошибки) Modbus === | === Коды исключений (ошибки) Modbus === <!--T:41--> | ||
<!--T:42--> | |||
В случае, если запрос не может по той или иной причине быть обработан устройством-сервером, то в ответ он отправляет сообщение об ошибке. Соообщение об ошибке содержит адрес Modbus-устройства, код функции, при выполнении которой произошла ошибка, увеличенный на 0x80, код ошибки и контрольную сумму: | В случае, если запрос не может по той или иной причине быть обработан устройством-сервером, то в ответ он отправляет сообщение об ошибке. Соообщение об ошибке содержит адрес Modbus-устройства, код функции, при выполнении которой произошла ошибка, увеличенный на 0x80, код ошибки и контрольную сумму: | ||
<!--T:43--> | |||
[[Special:MyLanguage/Файл:Read_8_Coils_ERR.png|600px|thumb|center|Транзакция завершилась с ошибкой]] | [[Special:MyLanguage/Файл:Read_8_Coils_ERR.png|600px|thumb|center|Транзакция завершилась с ошибкой]] | ||
В этом случае мы попытались обратиться к несуществующему адресу регистра 0xFFFF и попытались прочесть 8 регистров флагов. В результате мы получили код ошибки 0x03 — "В поле данных передано неверное значение". | В этом случае мы попытались обратиться к несуществующему адресу регистра 0xFFFF и попытались прочесть 8 регистров флагов. В результате мы получили код ошибки 0x03 — "В поле данных передано неверное значение". | ||
<!--T:44--> | |||
Наиболее распространенные коды ошибок Modbus приведены в следующей таблице: | Наиболее распространенные коды ошибок Modbus приведены в следующей таблице: | ||
<!--T:45--> | |||
{|class="wikitable" align="center" | {|class="wikitable" align="center" | ||
!Код ошибки || Название ошибки|| Что означает | !Код ошибки || Название ошибки|| Что означает | ||
Строка 229: | Строка 267: | ||
=== Вычисление контрольной суммы Modbus === | === Вычисление контрольной суммы Modbus === <!--T:46--> | ||
<!--T:47--> | |||
Для протокола Modbus RTU 16-битная контрольная сумма (CRC) вычисляется по алгоритму, описанному в [http://www.modbus.org/specs.php спецификации Modbus], в документе "Modbus Serial Line Protocol and Implementation Guide", раздел "CRC-generation". Передающее устройство формирует два байта контрольной суммы на основе данных сообщения, а принимающее устройство заново вычисляет контрольную сумму и сравнивает с полученной. Совпадение принятой и вычисленной контрольной суммы Modbud RTU считается индикатором успешного обмена данными. | Для протокола Modbus RTU 16-битная контрольная сумма (CRC) вычисляется по алгоритму, описанному в [http://www.modbus.org/specs.php спецификации Modbus], в документе "Modbus Serial Line Protocol and Implementation Guide", раздел "CRC-generation". Передающее устройство формирует два байта контрольной суммы на основе данных сообщения, а принимающее устройство заново вычисляет контрольную сумму и сравнивает с полученной. Совпадение принятой и вычисленной контрольной суммы Modbud RTU считается индикатором успешного обмена данными. | ||
<!--T:48--> | |||
В случае ограниченных вычислительных ресурсов для вычисления контрольной суммы существует функция, использующая табличные значения (так же приведена в спецификации). | В случае ограниченных вычислительных ресурсов для вычисления контрольной суммы существует функция, использующая табличные значения (так же приведена в спецификации). | ||
</translate> | </translate> |
правки