Fast Modbus

Это черновик страницы. Последняя правка сделана 21.09.2023 пользователем Matveevrj.

Общие сведения

Мы производим устройства, которые работают по стандартному протоколу Modbus RTU. Протокол старый и надежный, но его работа основана на последовательном опросе всех регистров на шине. К сожалению это ограничивает скорость опроса при большом количестве устройств. Мы решили исправить этот недостаток и выпустили свое расширение протокола под названием «Быстрый Modbus».

В расширении используется широковещательные команды, которые позволяют обойтись без поочередного опроса каждого регистра.

Широковещательные команды являются зарезервированной функцией Modbus и не нарушают совместимость со стандартным протоколом. Устройства не поддерживающие Быстрый Modbus работают без проблем.

Быстрый Modbus доступен в текущем релизе ПО контроллера и устройствах Wiren Board со свежими прошивками.

Ниже описаны новые функции расширения Быстрый Modbus: события на шине и быстрое сканирование устройств. Все сказанное применимо только к устройствам Wiren Board.

События на шине

События представляют собой пакеты данных для ответа на широковещательные запросы от мастера, и генерируются, когда в устройстве происходит изменение значения модбас-регистра.

Не все регистры генерируют события. Отличить регистры, поддерживающие события, можно по значку ⚡ в таблицах Modbus-регистров устройств.

События возникают в двух случаях:

1. При изменении значения регистра, поддерживающего события.
2. При перезагрузке устройства. Это единственное событие которое возникает сразу после запуска устройства.

Как это работает?

Опрос регистров в Быстром Modbus и стандартном протоколе

Распределение времени опроса событий

Мастер каждые 50 мс отправляет в шину широковещательный запрос, который получают все устройства на шине. Если устройство сгенерировало событие оно отправляет ответ содержащий идентификатор события, его тип и дополнительные данные. Если таких устройств несколько, они устраивают арбитраж, в котором побеждает устройство у которого Slave ID меньше. Подробнее про арбитраж читайте на github.

Мастер получает ответ от устройства и отправляет подтверждение, о том что сообщение получено. Только после этого устройство сбросит возникшее событие. Если подтверждения нет, устройство отправит этот же ответ снова при следующем запросе.

Опрос событий будет работать только если в сети нет устройств с одинаковым slave ID. Это связано с тем, что арбитраж устройств при опросе событий выполняется по его Modbus-адресу, а не по серийному номеру устройства, как для остальных функций Быстрого Modbus.

События передаются списком. Если с момента последнего опроса в устройстве произошло несколько событий, то при следующем запросе они будут переданы в одном ответе. Размер пакета ограничен 256 байтами. Если какие то события не поместились в отправку, они будут переданы в следующем пакете.

Если между опросами событий значение регистра изменилось несколько раз, например, значение счетчика нажатий увеличилось на несколько единиц, то будет сгенерировано одно событие, а при опросе будет передано последнее актуальное значение счетчика.

Если какое то устройство на шине не поддерживает расширение, то оно все равно будет работать и отвечать на стандартные запросы. Аналогично если устройство с Быстрым Modbus опрашивается мастером, который ничего не знает о расширении, оно будет опрашиваться стандартными функциями чтения и записи.

Работа с событиями

В веб-интерфейсе контроллера пока нет специальных инструментов для работы с событиями. Ниже описаны доступные способы настройки.

Как отключить события?

По-умолчанию контроллер разрешает генерацию событий всем устройствам. Но в некоторых случаях может быть нужно отключить события, например, если использование нестандартных функций протокола запрещено на предприятии политикой безопасности. Отключить события можно двумя способами:

1. В шаблоне устройства установить параметр sporadic в значение false.
2. В веб-интерфейсе контроллера в настройках serial-устройств установить период опроса параметра в значение «Не опрашивать».

• Отключение опроса событий
• 

  Установить параметр sporadic в значение false

• 

  Установить период опроса в значение «Не опрашивать»

Приоритет опроса событий

Настройка приоритета опроса событий в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board

На запрос событий одновременно может ответить только одно устройство. Поэтому если события сгенерировали несколько устройств, то первым на запрос ответит то, у которого меньше slave ID. Чтобы это выяснить устройства проводят арбитраж, который подробно описан на github.

Однако можно установить высокий приоритет для отдельного устройства или нескольких устройств. В этом случае устройства с высоким приоритетом будут опрашиваться вперед остальных даже если их slave ID больше. Если несколько устройств имеют высокий приоритет, то арбитраж сначала будет проведен между ними, а потом между устройствами с низким приоритетом.

Установить приоритет можно в веб-интерфейсе контроллера, в настройках драйвера serial-устройств. Если в параметре период опроса указать любое значение отличное от «В порядке очереди», то регистр будет иметь высокий приоритет.

Обратите внимание, что для регистров генерирующих события не важно какое время указано в поле период опроса. Запрос событий будет выполняться каждые 50 мс. Но реальное время реакции на события будет зависеть от количества устройств на шине и событий, наличия ошибок. Тем не менее это время будет значительно меньше чем при опросе стандартными командами

Поддержка события в прошивках устройств

В таблице указаны устройства и версии прошивок, в которых появилась поддержка событий.

Устройство	Версия прошивки, в которой появилась поддержка событий
WB-MRx, WB-MWAC	1.20.0
WB-MDM3	2.7.0 (в testing)
WB-LED, WB-MRGBW-D	3.4.0
WB-MSWx	4.31.0 (в testing)
WB-M1W2	4.32.0 (в testing)

Сканирование устройств на шине

Сканирование устройств на вкладке Настройки → Сканирование

Обычно инсталляция содержит несколько slave-устройств в щите или в поле на одной шине RS-485. Каждое устройство имеет адрес, который пользователь может менять. При монтаже адреса slave-устройств переписываются с корпуса устройства и вносятся вручную в конфигурацию мастера. Это не очень удобно. Чтобы упростить конфигурирование устройств есть функция сканирования шины. Она была доступна в контроллере Wiren Board и до выхода расширения Быстрый Modbus. С появлением расширения добавилась возможность быстро сканировать шину без необходимости выжидать таймаут для каждого несуществующего адреса.

Поэтому с расширением Быстрый Modbus сканирование работает в двух режимах: быстрое и медленное.

В медленном сканировании используется скрипт, который перебирает все возможные адреса на шине и ждет от них ответа в течение определенного времени. Процесс занимает несколько минут и зависит от настроек связи устройств: скорости, стоповых битов и т.п. Режим медленного сканирования сохранен для поддержки устройств со старыми версиями прошивок.

Быстрое сканирование выполняется значительно быстрее и позволяет обнаруживать устройства поддерживающие Быстрый Modbus практически мгновенно. В режиме быстрого сканирования мастер отправляет широковещательный запрос в шину, а устройства по очереди отвечают данными о себе. Очередность определяет арбитраж.

Функция сканирования доступна в веб-интерфейсе контроллера в разделе Настройки → Сканирование.

Текущие возможности функции сканирования в веб-интерфейсе:

• отображение всех устройств Wiren Board, подключенных к контроллеру,
• обнаружение устройств с одинаковыми адресами на одной шине,
• обнаружение устройств с разными параметрами связи на одной шине.

При запуске функции сканирования в веб-интерфейсе контроллера сначала выполняется быстрое сканирование, затем — медленное. Это можно увидеть в статусе сканирования.

Изменение Modbus-адреса устройств

Для устройств, которые поддерживают Быстрый Modbus, можно задать новые адреса, обращаясь к устройству по уникальному серийному номеру. Это удобно когда на шине обнаружено несколько устройств с одинаковым адресом. Изменение адресов выполняется с помощью утилиты wb-modbus-scanner и пока не поддерживается веб-интерфейсом. Описание расширенных команд и референсная реализация утилиты доступны в репозитории утилиты.

Для смены адреса устройства подключитесь к контроллеру через SSH.

1. Установите утилиту командой:

   apt update && apt install wb-modbus-ext-scanner
   

2. Остановите драйвер wb-mqtt-serial:

   systemctl stop wb-mqtt-serial
   

3. Выполните команду

   wb-modbus-scanner -d /dev/ttyRS485-1 -b 115200 -s 4267937719 -i 3
   

   где, /dev/ttyRS485-1 — порт к которому подключено устройство,

   115200 — скорость обмена,

   4267937719 — серийный номер устройства,

   3 — новый slave ID.

4. В результате должен появиться такой вывод:

   Serial port: /dev/ttyRS485-1
   Use baud 115200
   Change ID for device with serial   4267937719 [FE638FB7] New ID: 3
   

5. Запустите обратно драйвер wb-mqtt-serial:

   systemctl start wb-mqtt-serial
   

Полезные ссылки

• Описание расширения на GitHub
• Описание протокола Modbus
• Репозиторий утилиты сканирования