MODBUS

Radioslave je přes SCC připojen k PLC Master a pohledu Mastera zastupuje všechny PLC Slave v síti. Pomocí parametrů o(f)fset a n(u)mber jsou definovány pro RS adresy všech PLC Slave. Podle režimu definovaného v menu SPe2t pak RS komunikuje s modemy RM, které jsou umístěny u jednotlivých PLC Slave.

slave parameters:
address o(f)fset:1  n(u)mber:5  net addresses
address type (o)ut: MORSE
address type (i)n: MORSE
(r)epeat discard:5 (deprecated)
d(e)vice type:PLC
Sep (a)ddress:5
(q)uit
>>

Radiomaster vystupuje v síti MORSE pod adresou, jejíž poslední byte je shodný s jednou z  Modbus slave addr:, například 69112203. Zprávy pro další z nich přijímá pomocí funkce Multiaddressing (v menu Ne). Adresa příslušného Radioslave je uvedena v položce (d)estination:.

Komunikace na lince RS485 (nebo na RS232 pro jediného Slave) probíhá s periodou (p)eriod: (zde 200 ms), na odpověď se čeká max. po dobu (t)imeout:, počet opakování je nastaven parametrem (r)epeat.

master parameters:
(d)estination:691122FFh  destination
d(e)vice type (deprecated):PLC
Modbus slave addr: (0):3 (1):4 (2):5 (3):0
Modbus slave addr: o(f)fset:1  n(u)mber:0
address type (o)ut: MORSE
address type (i)n: MORSE
(a)ddress mask:FFh (deprecated)
(p)eriod:20 period i(n) : *10ms
(t)imeout:10*100 ms
(r)epeat:2
DPM(B) bcast compat:OFF
(q)uit
>>

V transparentním režimu jsou sítí přenášena všechna data z Mastera do Slave. Používá se pro přenos výkonných povelů od Mastera v režimu Cache. Pro obousměrný přenos je transparentní režim vhodný pouze pro velmi malé sítě s pomalým cyklem obvolávání „timeout“. Pro zamezení přenosu rušivých paketů používáme v RM kontroly viz níže.

Radiomaster po odeslání paketu do Slave očekává max. po dobu SPe2tMt (= timeout) odpověď od Slave, kterou pak pošle sítí MORSE do Radioslave.

RM odpovídá na MORSE adresu zdroje. Tím lze mít v síti více transparentních RS.

transparent parameters:
(A)rt table No:0
# ART dest:       gw:
#     mmnnffff    hhhhllll
#    mtf No Fce     high low addr (use help in default menu)
# BEWARE! IF YOU CHANGE CONTENT OF THE TABLE,
# YOU SHOULD RESTART (INIT) THIS PROTOCOL!
check (f)unction:ON
check a(d)dress:OFF
check (C)RC:OFF (deprecated)
check (n)et No:OFF
allow (r)ead req:OFF
(D)etect transp/cache<->packet by :CRC
Net(B)ase:0000  Net(M)ask:0000
(c)ommand cache:OFF  (t)im::0s
(q)uit
>>

Režim CACHE [keš, kešovací] se používá pro sběr dat z většího počtu PLC Slave. Doplňuje se Transparentním režimem pro přenos (méně častých) povelů ve směru Master –> Slave.

V režimu cache jsou vytvořeny v PLC a v modemech shodné paměťové prostory – cache. Přenos dat Slave –> RM probíhá na linkovém vedení s krátkou periodou SPe2tMp volenou v oblasti 100 až 200ms. Tím se udržuje v RM aktuální obraz stavu připojených Slave. Pokud v tomto obrazu nejsou změny, je odesílán sítí MORSE do RS v intervalech SPe2tCt. Nastane-li v cache RM změna, je zpráva pro RS odeslána okamžitě. Takto se v cache RS udržují aktuální obrazy cache všech připojených Slave s minimálním zatížením rádiové sítě. PLC Master pak čte tuto cache v RS stejně, jako by četl stavy všech Slave přes síť Modbus.

Při sledování stavu cache pamětí je přenášen po lince celý obsah cache. Obvolávání je řízeno Radiomasterem nebo PLC Masterem. Přenos informací probíhá jen směrem Slave –> Master.

    cache parameters:
(A)rt table No:1
# ART dest:       gw:
#     mmnnffff    hhhhllll
#    mtf No Fce     high low addr (use help in default menu)
# BEWARE! IF YOU CHANGE CONTENT OF THE TABLE,
# YOU SHOULD RESTART (INIT) THIS PROTOCOL!

(D)etect transp/cache packet by :CRC
Net(B)ase:0000  Net(M)ask:0000
net (t)imeout - mirror:30s
a(l)iasing:OFF
(g)lue to trans:off
(e)rr. report:SILENT  err. (a)dr:0h  err. (m)ask:0000h
(o)ld cache menu (since sw.630)
(q)uit
>>

err. (a)dr:0h  err. (m)ask:FFFFh

10:30:47.087 tx      8 | S03
0503 0010 0003 058A
10:30:47.148 rx;i   11 | S03
0503 06AA AABB BBCC CC12 33
10:30:49.149 tx      8 | S03      ...přerušeno spojení na RS485
0503 0010 0003 058A
10:30:52.151|                 |691122FF 00000005|S03I  OUT  11||89 4usr 0
0503 06FF FFBB BBCC CC12 3A

Tabulka Art a CACHE

Paměťové bloky pro funkci cache definujeme shodně v RS a RM pomocí tabulky Art. Pro standardní komunikaci Modbusu definuje Art v každém svém řádku jednu cache paměť. Obsahuje pořadové číslo, funkci Modbus a rozsah vyhrazené paměti. Příklad:

ART No 1: 
items: 3
default gw: 00000000 (0.0.0.0   )
dest:    gw:
00040002 00040000 (0.1.0.2    0.4.0.0   )
00050003 00020000 (0.2.0.3    0.2.0.0   ) ...délka 2 word
00060003 00140010 (0.3.0.3    0.20.0.16 ) ...délka 4 word
>>

Formát zápisu dest a gw:

| rez/8 | No/8 | rez/8 | fce mb/8 | high addr/16 | low addr/16 |

Například třetí řádek definuje cache paměť pro funkci 03 – čtení registrů, která obsahuje 4 wordy na adresách 0010, 0011, 0012, 0013.

Odpovědi na dotazy Modbusu jsou ukládány do jednotlivých cache pamětí podle čísla funkce Modbus. Pokud je více záznamů se stejným číslem funkce, pak jsou rozlišeny podle délky. Paměti pro funkce stejného čísla musí být definovány tak, aby se lišily délkou a byly v Art seřazeny od nejkratších nahoře po nejdelší dole. PLC Slave musí poskytovat data pro celé takto definované cache. Pokud jsou data kratší, pak komunikace neproběhne.

V Art je možno definovat max. 8 pamětí cache. Maximální objem všech definovaných cache je 1400 Byte u Radiomastera. To znamená že při refresh cache ze směru Radiomaster –> Radioslave může jít sítí MORSE paket o maximální velikosti 1400 Byte uživatelských dat.

Pro Radioslave (v centru) je limitující paměť v modemu.
Alokovaná paměť v centru = (PočetPLC + PočetSEP + PočetADIO) × VelikostCache

ADIO, SEP a MTF v Modbusu

Master PLC může komunikovat se Slave ADIO nebo SEP, které pracují s formátem MTF.

Tato zařízení definujeme v RS v menu (S)lave parametry SPe2tSe, SPe2tSa. Tabulka Art pak provádí také převod mezi funkcemi MTF a Modbus. Kromě paměťových bloků CACHE pro čtení z modulů ADIO a SEP jsou navíc definovány bloky RULY pro zápis. Doporučená konfigurace Art s komentářem:

dest:    gw:                            ...CACHE, MB <-- SEP
06010001 00080000 (6.1.0.1   0.8.0.0  ) ...read Dout   8 bit
01020002 00100008 (1.2.0.2   0.16.0.8 ) ...read Din    8 bit
07030004 000C000A (7.3.0.4   0.12.0.10) ...read Aout   2 word
02040004 00090001 (2.4.0.4   0.9.0.1  ) ...read Ain    8 word
                                        ...RULY, MB --> SEP
07070006 01020100 (7.6.0.6   1.2.1.0  ) ...write Aout  2 word
06080005 00080000 (6.8.0.5   0.8.0.0  ) ...write Dout  8 bit
0609000F 00080000 (6.9.0.15  0.8.0.0  ) ...write Dout  8 bit

Formát zápisu dest a gw:

| mtf/8 | No/8 | rez/8 | fce mb/8 | high addr/16 | low addr/16 |

Definovat lze nejvíce 8 CACHE a 4 RULY.

Paměti stejného čísla funkce Modbus (zde řádky No 3 a 4) jsou opět rozlišeny délkou a seřazeny od kratších k delším.

Uvedená tabulka je vhodná pro komunikaci s modulem ADIO i SEP. Master PLC musí vysílat dotazy odpovídající délkou připojenému zařízení, například pro Din ADIO dotaz na 2 bity.

Radiomaster vysílá pravidelná hlášení pro RS v intervalu Net timeout SPe2tCt, kromě toho vysílá také aktuální zprávy o změnách. Radioslave sleduje, jestli se každý RM ozval alespoň jednou za čas SPe2tCt.
Pokud ne, chová se dle nastavení error report.

Cache v RS jsou uspořádány podle adres Modbusu nebo podle MORSE adres. Pokud adresy nezačínají od jedné, lze nevyužitou oblast paměti pro Slave (0 až N-1) vynechat pomocí adres offsetu, parametr SPe2tSf. Počet bloků cache pak lze přizpůsobit celkovému počtu Slave v síti parametrem SPe2tSu.

RS rozpoznává jednotlivá Slave PLC pro jejich zařazení do cache podle MORSE adres, ze kterých přišla zpráva. Pokud je potřebné rozlišovat PLC podle adres Modbus, je to možno nastavit typem adresy v parametru SPe2tSo, SPe2tSi.

V paketovém režimu jsou v každém PLC i v modemech vytvořeny dva paměťové buffery pro přenos dat Slave –> Radiomaster (Host to Net, H2N) a opačně (Net to Host, N2H). Délka bufferů je min. 250 byte (max. délka rámce Modbusu), max. 1600 byte (max. délka paketu MORSE).

Přenos dat v paketovém režimu může probíhat libovolným směrem, tedy Master<->RS, RM<->Slave, Slave<->Slave.

Radiomaster se periodicky ptá každého Slave na obsah prvního wordu bufferu H2N zvaného deskriptor. Pokud je nenulový, je z něj zjištěna délka pseudorámce připraveného v H2N a ten je v další komunikaci přenesen do RM. Pak je deskriptor smazán, což indikuje pro Slave možnost přenosu dalšího rámce. Podobně probíhá komunikace PLC Master – RS, kterou řídí Master.

Přenos z Radiomastera do Slave probíhá tak, že RM přečte deskriptor N2Hdesc v PLC Slave a je-li nulový, zapíše do N2H svůj pseudorámec. Slave po jeho zpracování zapíše do N2Hdesc nulový word na znamení, že buffer N2H je opět k dispozici.

packet parameters:
Modbus (a)ddress:5
(A)RT table No.:0 (deprecated)
(N)2H buffer:2000  (H)2N buffer:1000
Warning: Both addresses should be nonzero.
(s)imulator:OFF
(D)etect transp/cache<->packet by :CRC
Net(B)ase:0000  Net(M)ask:0000
(q)uit
>>

Pseudorámce H2Nfr a N2Hfr mají hlavičku délky 6 byte a data. Hlavička obsahuje potřebné údaje pro vytvoření MORSE paketu a jeho odeslání do Radioslave nebo jiného Radiomastera.

Struktura bufferů:

popis položek:

H2Ndesc:   |ret/1|rep/1|No/2|res/1|rxsize/11|
N2Hdesc:   |ret/1|rep/1|No/2|res/1|txsize/11|

Adresy jednotlivých bloků paměti (H2N, N2H), jsou v modemu volně konfigurovatelné podle potřeb připojeného zařízení. Pseudorámec obsahuje vlastní paket, určený pro transfer do/ze sítě. Uvnitř pseudorámce je ukryta hlavička obsahující síťové informace. Hlavička je v bufferu umístěna na následující pozici za descriptorem. Struktura hlavičky a dat:

User pseudorámec:

      | T/8 | D/1 | R/4 | N/3 | A/32 | data |

Příklad:

Rámec paketového režimu Modbus přenášející data z RM do Slave:

                                     AA AA      ...data
                      09 0169 1122 FFAA AA      ...user pseudorámec N2Hfr
                 00 0809 0169 1122 FFAA AA      ...N2H descriptor + N2Hfr
0510 2000 0005 0A00 0809 0169 1122 FFAA AAE5 E6 ...rámec Modbus, zápis
                                                   pomocí funkce 0x10

Rámec přenášející data ze Slave do RM:

                      BB BB       ...data
       09 8369 1122 FFBB BB       ...user pseudorámec H2Nfr
0503 0809 8369 1122 FFBB BB0F B4  ...rámec Modbus, čtení funkcí 0x03

Při čtení dat ze Slave do RM se nečte znovu deskriptor, protože ten je přenesen v předcházejícím kroku dialogu. Podrobnější příklady jsou uvedeny v samostatném článku.

Multiaddressing

Radiomaster, který obsluhuje několik Slave, používá Multiaddressing. Při zapnutí funkce Multiaddressing v menu Nodes jsou pakety, které byly směrovány routingem do linkového výstupu nódu, odeslány do výstupu user. Tím je dosaženo, že pakety ze sítě MORSE určené pro některého ze Slave připojených k RM, jsou Radiomasterem akceptovány a jako user pakety odcházejí do SCC s protokolem Modbus.

Modbus automaster:
t(i)meout:0s
master mode after switching:
(c)ache:OFF  (p)acket:OFF  (t)rans:OFF
(q)uit
>>

Synchronizace času v Modbusu a watchdog pro PLC Slave.

Modbus services:
(t)ime sync:OFF  (m)ode:RECEIVER  (p)eriod:0s
time (a)ddr:0000h  time sync (b)it:0000h
(d)ebug addr:00000000h (deprecated)
radiomaster only:
(w)dog bit:0000h  wd(o)g addr:0000h  wdog p(e)riod:0s  (F)unc16:OFF
(q)uit
>>

Parametry pro předávání času:

Parametry pro watchdog se vkládají pouze do Radiomastera, poskytují pro PLC Slave možnost kontroly, zda trvá spojení s Radiomasterem.

Časová synchronizace

Protokol Modbus umožňuje předávat čas mezi MORSE CU a připojeným zařízením Modbus. Lze takto navázat na synchronizaci času v síti MORSE, viz příklad v samostatném článku. Ve všech CU je třeba zapnout synchronizaci SPe2tst a nastavit shodně adresu pro záznam času SPe2tsa. Jsou čtyři varianty konfigurace:

Parametr „period 0“ znamená, že komunikace Modbus je řízena druhým účastníkem. Parametr „period“ je nastaven podle potřeby, například 3600sec. V případě více PLC Slave připojených k RM probíhá synchronizace pouze s prvním z nich.

Příklad – RS ve funkci SENDER přijme dotaz na čas od Master PLC a odpovídá:

12:01:47.831 rxsim   8 | S02
0503 3000 0006 CB4C
12:01:47.832 tx     17 | S02
0503 0C47 3984 1B03 402F 010C 0D0A 6BA4 84

Formát časového údaje

|gmtsec/32|R/1|ts/1|R/4|msec/10|sec/8|min/8|hour/8|day/8|month/8|year/8|

Z výše uvedených položek jsou v CU generovány další, které obsahují lokální čas včetně korekce časové zóny. V povelu pro zápis času do CU mohou být následující položky libovolné, například nulové:

Složení uvedeného příkladu:

0503 0C   - adresa Modbus 05, funkce 03, 12 byte
4739 841B - Unix time, sekundy od 1.1.1970
0340      - 0000bit zimní čas, 0x340 = 832ms
2F        - 47 sec
01        - 01 min
0C        - 12 hod
0D        - 13 den
0A        - 10+1     = 11 měsíc
6B        - 107+1900 = 2007 rok
A4 84     - crc

12:01:47.832 – čas monitoringu odpovídá obsahu uvedeného rámce.

Funkce watchdog

PLC Slave v Modbusu nemá možnost zjistit, jestli nebyla přerušena komunikace s Radiomasterem. Proto je zde možnost nastavit v RM funkci Watchdog, která zapisuje v pravidelných intervalech určené slovo na vybranou adresu do PLC Slave. Vše se nastavuje v menu SPe2ts. PLC pak může pravidelně číst a mazat tento záznam a udržovat tak informaci o existenci spojení.

Krátký popis typů paketů na uživatelském rozhraní.

|U/1|B/1|H/1|subt/5|

Příklady pro transparentní, paketový a cache režim jsou uvedeny v samostatném článku MODBUS příklady. Další příklady paketového režimu jsou obsaženy také ve starším popisu MODBUS 574.