| Модуль | Имя | Версия | Лицензия | Источник | Языки | Платформы | Тип | Автор |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ModBus | ModBus | 3.5 | GPL2 | daq_ModBus.so | en,uk,ru,de | x86,x86_64,ARM | Сбор Данных | Роман Савоченко |
| Описание | ||||||||
| Предоставляет реализацию клиентского сервиса протокола ModBus. Поддерживаются ModBus/TCP, ModBus/RTU и ModBus/ASCII протоколы. | ||||||||
| ModBus | ModBus | 2.9 | GPL2 | daq_ModBus.so | en,uk,ru,de | x86,x86_64,ARM | Protocol | Roman Savochenko Maxim Lysenko (2009) — the page initial translation |
| Description | ||||||||
Provides implementation of the ModBus protocols. ModBus/TCP, ModBus/RTU and ModBus/ASCII protocols are supported.
| ||||||||
ModBus — коммуникационный протокол, основанный на клиент-серверной архитектуре. Разработан фирмой Modicon для использования в контроллерах с программируемой логикой (PLC). Стал стандартом де-факто в промышленности и широко применяется для организации связи промышленного электронного оборудования. Используется для передачи данных через последовательные линии связи RS-485, RS-422, RS-232, а также сети TCP/IP. В настоящее время поддерживается некоммерческой организацией ModBus-IDA.
Существуют три режима протокола: ModBus/RTU, ModBus/ASCII и ModBus/TCP. Первые два используют последовательные линии связи (в основном RS-485, реже RS-422/RS-232), последний использует сети TCP/IP для передачи данных.
Модуль сбора данных предоставляет возможность собирать информацию у различных устройств по протоколу ModBus во всех режимах. Также, модулем реализуются функции горизонтального резервирования, а именно — совместной работы с удалённой станцией этого-же уровня. В то же время, модуль протокола позволяет сформировать и выдать данные по протоколу ModBus в различных режимах и через интерфейсы, поддерживаемые модулями подсистемы "Транспорты".
Contents
[hide]1 Общее описание протокола ModBus
Протокол ModBus/{RTU,ASCII} предполагает одно ведущее (запрашивающее) устройство в линии (master), которое может передавать команды одному или нескольким ведомым устройствам (slave), обращаясь к ним по уникальному адресу в линии. Синтаксис команд протокола позволяет адресовать 247 устройств на одной линии связи стандарта RS-485 (реже RS-422 или RS-232). В случае с режимом TCP, адресация исключена из протокола, поскольку выполняется на уровне TCP/IP стека.
Инициатива осуществления обмена всегда исходит от ведущего устройства. Ведомые устройства прослушивают линию связи. Мастер подаёт запрос (посылка, последовательность байт) в линию и переходит в режим прослушивания линии связи. Ведомое устройство отвечает на запрос, пришедший на его адрес.
Окончание ответной посылки определяется в зависимости от режима. В режиме RTU окончание посылки определяется по временному интервалу между окончанием приёма предыдущего байта и началом приёма следующего — время символа. Если этот интервал превысил время, необходимое для приёма полтора байта на заданной скорости передачи то приём фрейма ответа считается завершённым. В режиме ASCII критерием окончания посылки является символ '\r', а в режиме TCP — ожидаемый размер посылки, информация о котором присутствует в заголовке пакета.
1.1 Адресация
Все операции с данными привязаны к нулю, каждый вид данных (регистр, бит, регистр входа или бита входа) начинаются с адреса 0 и заканчиваются 65535.
1.2 Стандартные коды функций
В протоколе ModBus можно выделить несколько подмножеств команд (Таблица 1).
Таблица 1: Подмножества команд протокола ModBus
| Подмножество | Диапазон кодов |
| Стандартные | 1-21 |
| Резерв для расширенных функций | 22-64 |
| Пользовательские | 65-119 |
| Резерв для внутренних нужд | 120-255 |
Модулем сбора данных используются команды 3 и 6(16) для чтения и записи регистров, 1 и 5(15) для чтения и записи битов, 2 и 4 для чтения бита и регистра входа, соответственно. Для реализации остальных и нетипичных команд модулем предусмотрена функция API пользовательского программирования, которую можно вызывать из процедуры шаблона логического уровня, отправляя произвольные PDU пакеты и обрабатывая полученные в ответ.
Модуль протокола обрабатывает запросы командами 3 и 6(16) для чтения и записи регистров, 1 и 5(15) для чтения и записи битов.
2 Модуль реализации протокола
Модуль протокола ModBus содержит код реализации протокольной части ModBus, а именно — особенности вариантов протоколов ModBus/TCP, ModBus/RTU и ModBus/ASCII. Модуль протокола, совместно с выбранным транспортом, активно используется модулем сбора данных для осуществления непосредственных запросов. Поскольку модуль протокола является автономным то, используя его, можно создавать дополнительные модули сбора данных посредством нестандартных функций расширения ModBus различного оборудования автоматизации.
2.1 API функции исходящих запросов
API функции исходящих запросов (messIO()) оперируют обменом блоками PDU, завёрнутыми в XML-пакеты, со следующей структурой:
- <{prt} id="{sId}" reqTm="{reqTm}" node="{node}" reqTry="{reqTry}">{pdu}</{prt}>
- Где:
- prt — имя тега запроса с названием используемого варианта протокола (TCP, RTU или ASCII).
- sId — идентификатор источника запроса. Используется для помещения в отчёт выходного протокола.
- reqTm — время запроса, а именно — время, в течение которого, ожидать ответ, в миллисекундах.
- node — номер узла назначения или идентификатор юнита ModBus/TCP.
- reqTry — количество попыток повторения запроса с ошибкой в ответе. Только для вариантов ModBus/{RTU,ASCII}.
- pdu — непосредственно блок юнита данных (PDU) протокола ModBus.
Результирующий pdu в XML-пакете заменяет pdu запроса, а также устанавливается атрибут "err" с кодом и текстом ошибки, если таковая имела место.
2.2 Обслуживание запросов по протоколу ModBus
Входная часть, обслуживания запросов к модулю протокола, осуществляет проверку и обработку запросов посредством предусмотренных модулем объектов узлов (рис.1). Фактически, реализуется механизм, позволяющий OpenSCADA выполнять роль сервера ModBus/TCP или подчинённого устройства ModBus/{RTU,ADCII}. Таким образом, OpenSCADA получает возможность использоваться в роли любого участника сети ModBus.
Узел протокола эквивалентен физическому узлу устройства сети ModBus и может работать в трёх режимах:
- "Данные" — режим отражения данных OpenSCADA на массивы регистров и битов ModBus с передачей их по запросу клиентского узла или мастера.
- "Шлюз узла" — режим перенаправления (шлюзования) запросов к узлу в другой сети ModBus через данный узел.
- "Шлюз сети" — режим перенаправления запросов к любому узлу в другую сеть ModBus, фактически выполняя интеграцию нескольких сетей ModBus в одну.
Поскольку узлов протокола может быть создано множество то получается, что на одном интерфейсе, т.е. в одной сети, одна станция на основе OpenSCADA может прозрачно представлять несколько узлов сети ModBus с различными данными.
Рассмотрим особенности конфигурации узла протокола в различных режимах.
2.2.1 Режим "Данные"
Режим используется для отражения данных OpenSCADA на массивы регистров и битов ModBus. Общая конфигурация узла осуществляется во вкладке "Узел" (рис.2) параметрами:
- Состояние узла, а именно: статус, "Включен" и имя БД, содержащей конфигурацию, с отслеживанием наличия данных в различных хранилищах и предоставлением последовательного удаления дубликатов.
- Идентификатор, имя и описание узла.
- Состояние "Включен", в которое переводить узел при загрузке.
- Адрес узла сети ModBus от 1 до 247.
- Входной транспорт, к сети которого относится узел. Выбирается из перечня входных транспортов подсистемы "Транспорты" OpenSCADA. Указание символа "*" в качестве транспорта делает данный узел участником любой сети ModBus с обработкой запросов от любого транспорта.
- Вариант протокола ModBus, запросы в котором должен обрабатывать узел, из списка: Все, RTU, ASCII, TCP/IP.
- Выбор режима, в данном случае этот режим "Данные".
- Период обсчёта данных в секундах. Указывает период обработки формируемых для запросов данных, а именно: таблицы данных ModBus, программы обсчёта данных и обслуживание ссылок на данные OpenSCADA.
- DAQ шаблон или язык прямой процедуры. Предусматривает выбор шаблона или языка прямой процедуры для формирования и вычисления таблиц данных ModBus, а также для обслуживания внешних ссылок на модель данных подсистемы "Сбор Данных".
Узлом в этом режиме обрабатываются следующие стандартные команды протокола ModBus:
- 1 — чтение группы битов;
- 2 — чтение группы битов входов;
- 3 — чтение группы регистров;
- 4 — чтение группы регистров входов;
- 5 — установка одного бита;
- 6 — установка одного регистра;
- 15 — установка группы битов;
- 16 — установка группы регистров.
Для формирования таблицы отражения данных сети ModBus, а именно регистров и битов, предусматривается вкладка "Данные" (рис.3). Вкладка "Данные" содержит таблицу параметров и программу обработки параметров указанным языком программирования доступным в OpenSCADA, но по шаблону тут доступна только таблица и в режиме "Включено". Таблица содержит параметры со свойствами:
- Идентификатор — идентификатор параметра, является ключевым в формировании таблиц регистров и битов ModBus. Регистры и биты ModBus указываются следующим образом:
- R{N}[w~], RI{N}[w~] — специфичная форма регистра и регистра входа, может быть расширена суффиксами: "i"—Int32, "f"—Float, "d"—Double, "s"—Строка (размер по умолчанию 10 и до 100 регистров);
- R:{N}[:w~]', RI:{N}[:w~] — классическая форма регистра и регистра входа, может быть расширена суффиксами: "i4"—Int32, "i8"—Int64, "f"—Float, "d"—Double, "s"—Строка;
- C{N}[w], CI{N}[w], C:{N}[:w], CI:{N}[:w] — бит и бит входа.
- Где:
- {N} — адрес данных ModBus устройства (десятичный, шестнадцатеричный, или восьмеричный) [0...65535];
- w~ — флаги: режим записи 'w', инверсия порядка регистров '~'.
- Примеры:
- "R0x300" — доступ к регистру;
- "C100w" — доступ к биту, доступен для записи;
- "R_f200", "R_f200~" — получить вещественное из регистров 200 и 201, 201 и 200;
- "R_i400,300" — получить int32 из регистров 400 и 300;
- "R_s15,20" — получить строку, блок регистров, из регистра 15 и размером 20;
- "R_i8:0x10:w" — получить и установить int64 в регистры [0x10-0x13];
- "R_d:0x20,0x30" — получить вещественное двойной точности (8 байтов) из регистров [0x20,0x30-0x32].
- Все остальные параметры, не попавшие под вышеуказанные правила, являются внутренними, используются для различных промежуточных вычислений, обработки, преобразований и значения их могут быть оперативно проконтролированы и изменены из этой таблицы в режиме исполнения.
- Имя — имя параметра, используется для именования связи.
- Тип — тип параметра из списка: "Вещественный", "Целый", "Логический" и "Строка". Для регистров и битов ModBus имеет смысл устанавливать "Целый" и "Логический" тип, соответственно. Для регистров, расширенных префиксами "f" и "s", нужно указывать типы "Вещественный" и "Строка", соответственно.
- Связь — признак того, что данный параметр должен связываться с атрибутом параметра подсистемы "Сбор данных". Указанные этим флагом связи устанавливаются во вкладке "Конфигурация шаблона".
- Значение — исходное или текущее значение параметра, если узел включен.
В таблице, по умолчанию, определяется несколько параметров специального назначения:
- f_frq — частота вычисления таблицы программой;
- f_start — признак первого исполнения — запуска программы.
- f_stop — признак последнего исполнения — останова программы.
Поскольку в указателе расширенных типов регистров может использоваться недопустимый символ ',' то доступ к нему из программы можно осуществить только альтернативным способом, через объект "arguments":
arguments["R_s10,5w"] = "9876543210";
Для параметров указанных в качестве связей, связи можно установить для включенного узла протокола и во вкладке "Конфигурация шаблона" (рис.4).
2.2.2 Режим "Шлюз узла"
Режим используется для перенаправления запросов к отдельному устройству в другой сети ModBus, из сети ModBus для которой сконфигурирован данный узел. Общая конфигурация узла осуществляется во вкладке "Узел" (рис.5) параметрами:
- Состояние узла, а именно: статус, "Включен" и имя БД, содержащей конфигурацию.
- Идентификатор, имя и описание узла.
- Состояние "Включен", в которое переводить узел при загрузке.
- Адрес узла исходной сети ModBus от 1 до 247.
- Входной транспорт, к сети которого относится узел. Выбирается из перечня входных транспортов подсистемы "Транспорты" OpenSCADA. Указание символа "*" в качестве транспорта делает данный узел участником любой сети ModBus с обработкой запросов от любого транспорта.
- Вариант протокола ModBus запросы, в котором должен обрабатывать узел, из списка: Все, RTU, ASCII, TCP/IP.
- Выбор режима, в данном случае этот режим "Шлюз узла".
- Транспорт, в который перенаправлять запрос, из перечня исходящих транспортов подсистемы "Транспорты".
- Протокол, в котором перенаправлять запрос.
- Адрес узла сети ModBus, от 1 до 247, в которую перенаправляется запрос.
2.2.3 Режим "Шлюз сети"
Режим используется для перенаправления запросов сети целиком в другую сеть ModBus, из сети ModBus для которой сконфигурирован данный узел протокола. Т.е., запрос на устройство с любым адресом будет направляться в другую сеть, без переадресовки. Общая конфигурация узла протокола осуществляется во вкладке "Узел" (рис.6) параметрами:
- Состояние узла, а именно: статус, "Включен" и имя БД, содержащей конфигурацию.
- Идентификатор, имя и описание узла.
- Состояние "Включен", в которое переводить узел при загрузке.
- Входной транспорт сети, из которой перенаправляются запросы. Выбирается из перечня входных транспортов подсистемы "Транспорты" OpenSCADA.
- Вариант протокола ModBus, запросы в котором должен обрабатывать узел, из списка: Все, RTU, ASCII, TCP/IP.
- Выбор режима, в данном случае этот режим "Шлюз сети".
- Транспорт сети, в которую перенаправлять запрос, из перечня выходных транспортов подсистемы "Транспорты".
- Протокол, в котором перенаправлять запрос.
2.3 Отчёт запросов ModBus
Для контроля и диагностики за корректностью осуществления запросов различными компонентами, модулем предоставляется возможность включения отчёта запросов, проходящих через модуль протокола. Отчёт включается указанием ненулевого количества записей во вкладе "Отчёт" страницы модуля протокола (рис.7).
Этот механизм в основном является устаревшим, поскольку его функции сейчас исполняются ядром программы:
3 Модуль сбора данных
Модуль сбора данных предоставляет возможность опроса и записи регистров и битов устройств посредством режимов протокола TCP, RTU, ASCII и команд запроса 1 — 6, 15, 16.
3.1 Объект контроллера
Для добавления источника данных ModBus создаётся и конфигурируется объект контроллера OpenSCADA. Пример вкладки конфигурации объекта контроллера данного типа изображен на рисунке 8.
Using this tab you can set:
- The state of the controller object, as follows: Status, "Enabled", "Running" and the name of the database containing the configuration.
Manual restart of the enabled controller object causes the force reformation of the acquisition blocks.
- Identifier, name and description of the controller.
- The state "Enabled" and "Running", in which the controller object must be translated at boot.
- Names of tables of storing the configuration of the parameters of the controller object for standard and logical types.
- Policy of scheduling and priority of the data acquisition task.
- ModBus protocol, used for requesting the real device (TCP/IP, RTU or ASCII).
- Address of the output transport using the unified connection with navigation. Default port of the ModuBus/TCP is 502. The field may be set to empty and be changed at the runtime. Format of the address is:
- "{TrModule}.[out_]{TrID}[:{TrAddr}]" — typical output with automatic creation TrID at it missing and providing TrAddr;
- "{TrModule}.in_{TrID}:{RemConId}" — initiative input with the connection identifier in RemConId.
- ModBus destination node. In the case of protocols RTU and ASCII this is the unique address of the physical device, and when TCP/IP this is the identifier of the unity.
- Merging of the data fragments. Standard functions 1-4 let to request at once multiple adjacent registers or bits. This strategy often allows to optimize the traffic and time. However, the required registers are not always located adjacent to each other, this option allows you to gather them in blocks of up to 100 registers, or 1600 bits.
- Installing of this parameter must be approached with caution, since not all devices support access to the registers between fragments.
- Using the multi-items writing functions (15, 16). Instead one-item writing will be used the multi-items functions.
- Asynchronous write. Enables asynchronously writing of the changes to the controller, in the general acquisition cycle and after the data acquisition itself, blocking of reading the written values on one cycle (before the writing buffer clearing).
- This mode also prevents for lost the writing data at the connection lost and the wrote data will be transmitted just the connection will be restored. At that, this blocks the reading of the just written data to allow the PLC time to accept changes.
- Timeout of connection in milliseconds. Specifies the time interval during which the answer is expected. If there is zero waiting time the transport waiting time by default is used. Allows taking into account individual properties of the controller in the common network.
- Timeout of restore in seconds. Specifies the time interval after which the re-attempt of the request to previously inaccessible device is done.
- Request tries for the protocols RTU and ASCII. Indicates the number of attempts by the repetition of the request in case of incomplete or damaged answer.
- Maximum size of the request block in bytes, useful for controllers with such limits.
3.2 Параметры
Модуль сбора данных предоставляет два типа параметра: "Стандартный (std)" и "Логический (logic)". Дополнительными конфигурационными полями параметров данного модуля являются:
- Стандартный (std):
- Перечень атрибутов — содержит структурированный список конфигурации атрибутов ModBUS.
- Логический (logic):
- Шаблон параметра — адрес шаблона параметра DAQ.
3.2.1 Стандартный (std)
Главная страница конфигурации параметра стандартного типа представлена на рисунке 9.
Линия атрибута в параметре списка атрибутов записывается как "{dt}:{numb}[:{flg}[:{id}[:{name}]]]".
Где:
- dt — тип данных ModBus ("R"—регистр[3,6(16)], "C"—бит[1,5(15)], "RI"—регистр входа[4], "CI"—бит входа[2]);
- "R" и "RI" могут быть расширены суффиксами: "i2"—Int16, "i4"—Int32, "i8"—Int64, "u2"—UInt16, "u4"—UInt32, "f"—Float, "d"—Double, "b5"—Бит5, "b"—Бит в адресе, "s"—Строка (размер по умолчанию 10 и до 100 регистров);
- numb — адрес ModBus устройства (десятичный, шестнадцатеричный или восьмеричный) [0...65535];
- flg — флаги: режим чтения/записи (r-чтение, w-запись), строгий режим запроса (без комбинирования) 's', инверсия порядка регистров '~';
- id — идентификатор создаваемого атрибута;
- name — имя создаваемого атрибута.
Примеры:
- "R:0x300:rw:var:Variable" — доступ к регистру;
- "C:100:rw:var1:Variable 1" — доступ к биту;
- "R_f:200:r:float:Float", "R_f:200:r~:float:Float" — получить вещественное из регистров 200 и 201, 201 и 200;
- "R_i4:400,300:r:int32:Int32" — получить int32 из регистров 400 и 300;
- "R_b10:25:r:rBit:Reg bit", "R_b:25.10:r:rBit:Reg bit" — получить бит 10 из регистра 25;
- "R_s:15,20:r:str:Reg blk" — получить строку (блок регистров) из регистра 15 и размером 20.
Линия, которая начинается с символа '#', считается комментарием и не обрабатывается.
В соответствии с указанным списком атрибутов выполняется опрос и создание атрибутов параметра (рис.10).
3.2.2 Логический (logic)
Главная страница конфигурации параметра логического типа представлена на рисунке 11.
Значение ссылки при конфигурации шаблона (рис.12) записывается в форме
"{dt}:{numb}[:{flg}]".
Где:
- dt — тип данных ModBus ("R"—регистр[3,6(16)], "C"—бит[1,5(15)], "RI"—регистр входа[4], "CI"—бит входа[2]);
- "R" и "RI" могут быть расширены суффиксами: "i2"—Int16, "i4"—Int32, i8-Int64, u2-UInt16, u4-UInt32, "f"—Float, "d"—Double, "b5"—Бит5, "b"—Бит в адресе, "s"—Строка (размер по умолчанию 10 и до 100 регистров);
- numb — адрес данных ModBus устройства (десятичный, шестнадцатеричный или восьмеричный) [0...65535];
- flg — флаги: режим чтения/записи (r-чтение, w-запись), инверсия порядка регистров '~'.
Примеры:
- "R:0x300:rw" — доступ к регистру;
- "C:100:rw" — доступ к биту;
- "R_f:200:r", "R_f:200:r~" — получить вещественное из регистров 200 и 201, 201 и 200;
- "R_i4:400,300:r" — получить int32 из регистров 400 и 300;
- "R_b10:25:r", "R_b:25.10:r" — получить бит 10 из регистра 25;
- "R_s:15,20:r" — получить строку (блок регистров) из регистра 15 и размером 20.
Модулем предусмотрена особая обработка ряда атрибутов шаблона:
- f_frq — частота вычисления процедуры шаблона или время после последнего вычисления (отрицательное в секундах) для планирования по CRON, только чтение.
- f_start — флаг первого выполнения процедуры шаблона — запуск, только чтение.
- f_stop — флаг последнего выполнения процедуры шаблона — останов, только чтение.
- f_err — ошибка параметра, полный доступ. Значение этого атрибута шаблона попадает в атрибут ошибки параметра "err". Записать сюда EVAL для возможности установки извне атрибута "err" и всех других в режиме Только для Чтения.
- SHIFR — значение шифра параметра, только чтение.
- NAME — значение имени параметра, только чтение.
- DESCR — значение описания параметра, только чтение.
- this — объект данного параметра, позволяет получить доступ к атрибутам параметра, например, для доступа к архивам-истории.
В соответствии с шаблоном, лежащим в основе параметра, мы получаем набор атрибутов параметра (рис.13).
3.3 API пользовательского программирования
В виду поддержки параметров логического типа, имеет смысл предоставление ряда функций пользовательского API для их вызова из шаблона логического параметра.
Объект "Контроллер" [this.cntr()]
- string messIO(string pdu) — отправка PDU pdu через транспорт объекта контроллера посредством ModBus протокола. PDU результата запроса помещается вместо запроса в pdu, а ошибка возвращается в результате функции.
Объект "Параметр" [this]
- bool attrAdd( string id, string name, string tp = "real", string selValsNms = "" ) [для включенного параметра логического типа] — добавление атрибута id с именем name и типом tp. Если атрибут уже присутствует то будут применены свойства, которые возможно изменить "на ходу": имя, режим выбора и параметры выбора.
- id, name — идентификатор и имя нового атрибута;
- tp — тип атрибута [boolean | integer | real | string | text | object] + режим выбора [sel | seled] + только для чтения [ro];
- selValsNms — две строки со значениями в первой и их именами во второй, разделённые ";".
- bool attrDel( string id ) [для включенного параметра логического типа] — удаление атрибута id.