Modbus-устройства

Внимание, в данном документе подразумевается, что пользователь знаком с основами протокола Modbus. 
В противном случае следует предварительно обратится к специализированным источникам. 

Введение

АСУД-248 позволяет реализовать взаимодействие с устройствами по протоколу Modbus.

Modbus-устройства могут быть подключены к концентраторам:

• КЦС-IPM / КУН-IPM (или напрямую по компьютерной сети)
• КЦС-М

КЦС-IPM / КУН-IPM

Тракт передачи данных:

Устройство Modbus - RS-232/485 -  КЦС-IPM / КУН-IPM - Компьютерная сеть - ПК (или Пульт АСУД-248 ПК)

Поддерживаются спецификации	Modbus-RTU, Modbus TCP
Чтение данных	одиночное, групповое
Запись данных	одиночная
Число подключаемых устройств	до 63* на каждом интерфейсе

* - подробнее см. спецификацию подключаемого устройства и интерфейса подключения.

Внимание:

• Требуется наличие USB-ключа защиты АСУД.SCADA. Опрос Modbus-устройств осуществляется программой KCSLogger. В ключе защиты ПО АСУД.SCADA должно быть прописано число драйверов EXT-модуля, соответствующее общему числу подключаемых приборов.
• Следует придерживаться следующего правила при адресации Modbus-устройств: устройства, подключаемые к одному IP-концентратору должны иметь уникальные адреса (RS-идентификаторы).
• С помощью утилиты KCS_DEMO.EXE существует возможность в тестовом режиме проверить связь с Modbus-устройством (наличие USB-ключа при этом не требуется). При первом подключении устройства к АСУД-248 настоятельно рекомендуется воспользоваться данной утилитой.
• Начиная с версии 1.5-61 в программу ASUDBase также встроена функция тестового опроса Modbus-устройства (подробнее см. далее).

Прямое подключение по компьютерной сети

Тракт передачи данных:

Устройство Modbus - Компьютерная сеть - ПК (или Пульт АСУД-248 ПК)

Остальное аналогично случая подключения к КЦС-IPM / КУН-IPM

КЦС-М

Тракт передачи данных:

Устройство Modbus -- RS-485 --  КЦС-М -- TL-линия связи АСУД -- Пульт-ПК или КИО

Поддерживаются спецификации	Modbus-RTU
Чтение данных	одиночное, групповое
Запись данных	не поддерживается
Число подключаемых устройств	1

Modbus-устройство должно быть настроено со следующими параметрами интерфейса RS-485:

• Скорость - любая.
• Прочие параметры - только 8 - N - 1.

Не требуется наличие драйверов EXT-модуля.

Настройка ПО АСУД.SCADA

Настройка программного обеспечения АСУД.SCADA заключается в:

• регистрации типа Modbus-устройства в программе ASUDBase;
• вводе всех Modbus-устройств данного типа в программе ASUDBase;
• настройке OPC-сервера: Контейнер оборудования;
• настройка карты АСУД.SCADA - примитивы
  • дискретный датчик - сигналы аварии (неисправностей);
  • цифровой индикатор - данные температуры, давления;
  • текстовое поле - информация о режимах работы оборудования, возможность записи значений в Modbus устройство.

Регистрация Modbus-устройств в программе ASUDBase

Настройка регистров Modbus-устройства осуществляется с помощью программы ASUDBase (версии 1.5-14 и выше).

Откройте окно Настройка\Регистрация и введите данные подключения Modbus-устройства

Рисунок - Регистрация устройства Modbus

• Номер концентратора указать 901...999, 1901...1999, 2901...2999, ...

Или номер будет проставлен автоматически после установки флажка "IP-соединение". Номер должен быть уникальным для каждого добавляемого устройства (фактически этот номер используется лишь для идентификации Modbus-устройства в базе данных).

• Прибор - выбрать тип устройства: Modbus RTU или Modbus TCP, в зависимости от протокола реализуемого устройством.

• Modbus из выпадающего списка выбрать тип подключаемого устройства (если устройство еще не было добавлено - оставить поле пустым).

Также следует указать

• Мастер устройство (КЦС-IPm, КУН-IPm, прямое IP),
• IP-адреса
• Порт (по умолчанию 5000 для КЦС-IPm, КУН-IPm. Для устройств, подключаемых напрямую по IP-сети, номер порта следует уточнить в документации на устройство).
• Параметры RS-интерфейса, к которому подключено устройство (тип, номер, скорость, четность и т.п.)
• RS-идентификатор - номер устройства в RS-сети.
• Интервал опроса - период опроса устройства (0 - опрашивать максимально быстро).
• Читать архив - установить все флажки - резервный параметр, в настоящее время не используется.

Нажать кнопку "Добавить". Слева появится запись о регистрации устройства.

Устройство добавляется с одной системой "Отопление" (по умолчанию) - это (наименование) не имеет существенного значение.

Далее следует по необходимости добавить новый тип Modbus устройства.

Регистрация нового типа Modbus-устройства

Нажать на кнопку "+" справа от поля Modbus. В открывшемся окне следует указать в левом нижнем углу общие параметры устройства.

Общие настройки устройства Modbus

Настройки устройства - следует указать исходя из описания устройства

• Название прибора - название устройства.
• Базовый регистр - как правило = 0 (или 1)
• Читать группу элементов - можно ли читать более 1 регистра за один запрос (0 - можно читать сколько угодно, >0 - максимальное число регистров на чтение в одном запросе)
• Разрешить при чтении пропуски в группе - можно ли читать несколько регистров за один запрос, если они расположены не подряд.

Если вы затрудняетесь с определением данных параметров, укажите:

• Базовый регистр = 0
• Читать группу = 1
• Пропуски = запрещены.

Вы можете поэкспериментировать с данными настройками с помощью утилиты kcs_demo

Если у вас есть *.mbs файлы импорта настроек Modbus-устройства, загруженные с сайта www.tekon.ru вы можете добавить их с помощью кнопки "Импорт".

Далее следует закрыть окно. При этом происходит создание (инициализация) устройства в БД.

Выбрать название вновь созданного устройства в выпадающем списке поля Modbus и нажать кнопку Изменить.

Привязка устройства Modbus к концентратору

После этого следует нажать кнопку "..." справа от поля Modbus и повторно перейти к настройке Modbus-устройства.

Настройка устройства Modbus

Серым подсвечены колонки относящиеся к настройкам Modbus-протокола, остальные колонки относятся к настройкам АСУД.

Автозаполнение (новой строки таблицы) - при установке флага некоторые поля при добавлении новой записи заполняются на основе предыдущих введенных значений.

Экспорт - экспортировать данные настройки в файл для последующего использования.

Импорт - импортировать данные настройки из файла. Кнопка активна только при добавлении нового Modbus-устройства (была нажата кнопка "+").

Карта Modbus-регистров. Настройки протокола

Основные настройки

Modbus-настройки (см. описание на подключаемое Modbus-устройство).

Все значение устройства доступные на чтение / запись хранятся в 4-х таблицах:

Таблица	Функция чтения
Регистры флагов (Coils)	0х1
Дискретные входы (Discrete Inputs)	0х2
Регистры хранения (Holding Registers)	0х3
Регистры ввода (Input Registers)	0х4

Каждый регистр - это ячейка размером в 2-байте. Каждый регистр - имеет уникальный адрес.

В зависимости от типа Modbus-устройва адресное пространство таблиц может быть объединено, т.е. адресом 0 в таблице HoldReg, аналогичен (полностью соответствует) адресу 0 в таблице InpReg.

Если вы затрудняетесь с тем, какой тип регистра указывать - используйте HoldReg.

Регистр - тип регистра, выпадающее меню

 - Coils   — однобитовый тип, доступен на чтение и на запись (R/W).
 - DiscInp — однобитовый тип, доступен только на чтение (R).
 - HoldReg — 16-битовый тип, доступен на чтение и на запись (R/W).
 - InpReg  — 16-битовый тип, доступен только на чтение (R).

Внимание! Если вы планируете выполнять запись значения в регистр на устройстве, вы должны выставить значение поля AW в 1 (подробнее далее).

Адрес - адрес регистра (в десятичной системе счисления)

Тип данных - тип данных хранящихся в регистре (и их размер), выпадающее меню

  - BIT     (1 регистр)   значения: 0 или 1
  - WORD    (1 регистр)   значения: 0 ... 65535
  - FLOAT   (2 регистра)  значения: 1.5 x 10^-45 .. 3.4 x 10^38
  - DWORD   (2 регистра)  значения: 0..4294967295	
  - INTEGER (2 регистра)  значения: -2147483648..2147483647	
  - CHAR    (1 регистр)   значения: -128..127
  - SHORT   (1 регистр)   значения: -32 768 ... 32 767
  - DOUBLE  (4 регистра)  значения: 5.0 x 10^-324 .. 1.7 x 10^308
  - BIT4    (2 регистра)  значения: 0 или 1
  - STRING  (указывается) значения: строка данных 

Блок/Бит

• для типа данных BIT указывается анализируемый бит (от 1 до 16) в слове. Бит 1 - младший, 16 - старший.
• для типа STRING - размер блока данных в байтах (обычно размер строки в документации на устройство указывается кратным двум байтам).

Формат - формат представления числа в регистре. Определяет порядок перестановки байт в регистрах.

Обычное значение поля Формат:

• Для типов данных в 1 регистр - 1
• Для типов данных в 2 регистра - 4.

Но некоторые устройства могут использовать другие форматы.

Рассмотрим пример влияния значения поля Формат на вычисленный результат (см. программу KCS DEMO.

Предположим мы считываем целочисленное значение типа INTEGER, которое хранится в 2-х регистрах по начальному адресу, например: 2054. Пусть нам известно, что значение = 0х12345678 .

Запрос данных (в шестнадцатиричной  кодировке): 
>> 01 03 08 06 00 02 26 6A 

Значения регистров передаются начиная с указанного адреса, по два байта на регистр, старший байт каждого регистра передаётся первым.

Ответ устройства 
            3б 2б 1б 0б      
<< 01 03 04 12 34 56 78 81 07 

где:

• 0х12 0х34 - первый регистр (2054); байты 3, 2
• 0х56 0х76 - второй регистр (2055); байты 1, 0

Полученные данные последовательность байт	Формат	Правило перестановки	Результат
12 34 56 78	1	1_0_3_2	0x56781234
12 34 56 78	2	0_1_2_3	0x78563412
12 34 56 78	3	2_3_0_1	0x34127856
12 34 56 78	4	3_2_1_0	0x12345678

Т.е. для регистров устройства данного типа корректное значение формата - 4.

Предположим мы считываем целочисленное типа WORD, которое хранится в 1-м регистре по адресу, например: 2. Пусть мы значение что значение - 0х08.

Запрос данных (в шестнадцатиричной  кодировке): 
>> 01 03 00 02 00 01 25 CA 

Ответ устройства
            1б 0б 
<< 01 03 02 00 08 B9 82

Полученные данные последовательность байт	Формат	Правило перестановки	Результат
00 08	1	1_0	0x0008
00 08	2	0_1	0x0800

Т.е. для регистров устройства данного типа корректное значение формата - 1.

Дополнительные настройки

Modbus-настройки дополнительные (в большинстве случаев можно оставить значение по умолчанию) - отображаются при снятом флажке "Скрыть дополнительные поля"

Множитель - множитель значения считанного из регистра.

Учитывается для всех типов кроме BIT, BIT4, STRING

После чтения регистра:  
   Значение в SCADA   = значение регистра * множитель 

Перед записью регистра: 
   Значение регистра  = Значение SCADA / множитель

Минимальное значение Множителя 0,0001.

Внимание! При указании в качестве Множителя значений 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 - реальное значение множителя определяется по формуле

Множитель = 1 / (2 ^ Указанный_множитель)

Адрес W - адрес записи. Следует указать, если запись необходимо произвести в регистр по адресу отличному от адреса чтения.

Параметры ** - набор параметров, указываемых в случае, если перед записью регистра, следует выполнить запись значения в другой или в этот же регистр. Множитель при этом не используется. После записи первого значения выполняется пауза в 1000 мс. перед записью основного значения.

• **Адрес - адрес регистра.
• ** Тип данных - тип данных регистра.
• **Формат - формат представления числа в регистре.
• ** Значение - значение для записи.

 Это может быть полезно, если, например: перед изменением параметра следует указать, пароль (как в контроллерах ОВЕН ТРМ-133М при изменении текущего состояния). Или если, например: необходимо выполнить запись фронтом, т.е. перед записью 1 следует записать 0, после этого записать 1.

Sleep - ожидание в мс., указывается в случае если необходима задержка после записи регистра перед следующей операцией чтения.

AW - разрешена ли запись регистра (1 -да, 0 - нет). Актуально только для регистров типа Coils / HoldReg.

MinWV, MaxWV - интервал допустимых значений для записи (если MinWV=MaxWV=0 - проверка значений не выполняется).

Карта Modbus-регистров. Настройки Scada

Scada-настройки (для отображения в АСУД.SCADA)

• Вирт.КДД-RS - выполнить ли трансляцию данных прочитанного регистра устройства в дискретный сигнал OPC-сервера Текоn, путем привязки к каналу концентратора Виртуальный КДД-RS. Что позволит впоследствии в АСУД.SCADA использовать примитивы типа "Дискретный датчик" с данным сигналом. При этом предполагается что значение регистра может быть только 0 или 1.

 Значение 0 - не транслировать данные в виртуальный  КДД-RS.
 Значение 1 - транслировать данные в виртуальный КДД-RS.

Номер виртуального КДД-RS и номер канала концентратора при этом указываются ниже (под таблицей).

Внимание! Начиная с версии SCADA 2.3.1 update 3 функционал виртуального КДД-RS может быть реализован с помощью Переменных. При настройке следует всегда указывать Значение 0. 

• Параметр - данное поле заполняется автоматически сквозной нумерацией > 500. Изменять данное значение самостоятельно не следует.
• Сокращение - сокращенное название параметра (до 10 символов) - отображается в окне Шаг 2 программы ASUDBase при просмотре полученных значений.
• Название - полное название параметра (до 40 символов)

Рисунок - Пример настроенной карты Modbus

Тестовый опрос Modbus-устройства

В программе ASUDBase, начиная с версии 1.5-61, можно выполнить тестовый опрос Modbus-устройства. Это значительно ускоряет процесс добавления в конфигурацию новых типов устройств.

Фактически данный функционал повторяет то, что ранее можно было сделать в утилите KCS DEMO.EXE.

Внимание! Программа ASUDBase должна запускаться из папки ..\OPC Server

В окне настройки Modbus-устройства следует нажать кнопку

• Прочитать один - для чтения выбранного регистра (предварительно следует выполнить клик на ячейке Адреса регистра)
• Прочитать все - для обновления значений всех регистров

Если установить флажок Показать лог, то после опроса устройства откроется окно протокола обмена данными с устройством. Лог также отобразится в случае неудачного обмена.

Вы можете менять значения конфигурации устройства (Базовый регистр, чтение группы и т.п.), параметры выбранного регистра, добавлять новые регистры и проверять корректность обмена данными с устройством.

Создание файла конфигурации ОРС-сервера

После настройки всех Modbus-устройств можно автоматически сформировать конфигурационный файл OPC-сервера. Для этого следует выбрать меню Настройка \ SCADA \ Конфигурация Modbus.

Созданный файл DBase \ wac.conf следует скопировать в папку Tekon \ OPC Server \ settings. Затем запустить конфигуратор OPC-сервера и по необходимости внести изменения в настройки, как описано ниже.

Настройка ОРС-сервера

Для отображения данных в SCADA следует выполнить настройку OPC-сервера Tekon.

В конфигурации добавляется устройство DA Tekon \ Контейнер оборудования.

Для отображения данных регистров со значением поля [Вирт.КДД-RS] = 0 и со значением параметра >= 500 следует добавить устройство DA Tekon \ Контейнер оборудование \ Прибор учета

Далее выполнить двойной клик на приборе учета, в открывшемся окне слева выбрать требуемое устройство для отображения данных, а справа установить флажки у параметров, которые необходимо в дальнейшем отображать в АСУД.SCADA

Рисунок - Настройка отображения данных устройства Modbus

Запись вида ModbusRTU (Отопление 0:192.168.1.100:4) имеет следующий смысл

• ModbusRTU - тип устройства
• Отопление - тип системы устройства
• 0 - идентификатор системы устройства
• 192.168.1.100 - IP-адрес устройства
• 4 - RS-идентификатор устройства.

В связи с чем следует иметь ввиду, что если в базе данных на одном КЦС-IPM зарегистрированы два однотипных устройства с одинаковыми RS-идентификаторами хоть и физически подключенные на разные интерфейсы, они будут отображены в окне представленном выше. Поэтом следует в настройках данных устройств указать разные (произвольные) идентификаторы систем.

Внимание! При выборе устройства, параметры (справа) будут отображены, только если к этому моменту произошло хотя бы одно успешное чтение данных с Modbus-устройства с помощью программы kcslogger (или если конфигурационный файл wac.conf был сформирован автоматически в программе ASUDBase).

Для запуска опроса зарегистрированных Modbus-устройств следует запустить программу KCSLogger и нажать кнопку Запуск. При необходимости свернуть программу в трей Windows.

Для каждого Modbus-устройства следует добавить свой DA Tekon \ Контейнер оборудования \ Прибор учета.

Для привязки дискретных сигналов (регистры со значением поля [Вирт.КДД-RS] = 1) следует добавить устройство DA Tekon \ Контейнер оборудование \ КДД-RS (Виртуальный КДД-RS)

Далее настроить обычным образов соответствующие дискретные входы КДД-RS с указанием названия сигнала, задержки, инверсии и т.п.

Закрыть конфигуратор OPC-сервера.

Запустить опрос Modbus-устройств (программу KCSLogger)

Объединение устройств в группы

Дополнительно в случае необходимости одновременной записи однотипных значений регистров в несколько устройств, существует возможность объединить Modbus-устройства в группы.

Для определения групп следует отредактировать файл Tekon \ ASUD Scada \ OPC Server \ settings \ modbusgrp.ini

В данном примере ';' - является комментарием

;[1] название группы (уникальное)
;Params=88 99 112  - номера параметров через пробел или пусто если для всех параметров
;Conc= 901 902 903 - номера концентраторов через пробел

Создана группа 1, для концентраторов 901-903. В случае записи, например, значения в регистр 99 концентратора 902, это же значение будет записано в регистры 99 концентраторов 901 и 903.

Настройка визуализации данных в АСУД.SCADA

В АСУД.SCADA для визуализации данных Modbus-устройств можно использовать следующие примитивы:

• Дискретные датчики - для привязки к тегам Виртуальных КДД-RS
• Цифровой индикатор - для отображения любых цифровых значений (с возможностью указания граничных значений)
• Текстовое поле - для отображения любых цифровых значений, а также преобразования цифрового значения в текстовое по заданному правилу с помощью скрипта (см. пример номер 2). Кроме того с помощью данного примитива и скрипта можно выполнить запись значения в регистр Modbus-устройства.

Значение может быть записано в регистр Modbus если:

• Регистр относится к типу HoldReg или Coils
• Значение поля AW (Allow Write) = 1
• Записываемое значение попадает в указанный диапазон значений

Изменение настроек Modbus-устройства

Закрыть программу KCSLogger

Изменение читаемых регистров

В случае необходимости добавить новые регистры, читаемые устройством, следует открыть программу ASUDBase, меню Настройка \ Регистрация.

Выбрать любой концентратор с устройством требуемого типа.

Нажать кнопку "..." и в окне настройки регистров (см. выше) добавить данные регистров.

Внесенные изменения будут применены для всех концентраторов устройств данного типа. Далее следует выполнить опрос устройств программой KCSLogger (если программа была запущена, ее необходимо перезапустить).

После опроса, открыть конфигуратор ОРС-сервера, выбрать устройство в Контейнере оборудования и установить флажки у добавленных параметров. Закрыть конфигуратор.

Открыть АСУД.SCADA и добавить необходимые примитивы на карту.

Изменение настроек подключения

В случае необходимости изменить RS-идентификатор Modbus-устройства (или IP-адрес Мастер-устройства) , следует открыть программу ASUDBase, меню Настройка \ Регистрация.

Выбрать требуемое устройство, ввести новый RS-идентификатор, нажать "Изменить".

Запустить KCSLogger и убедиться, что с устройством проходит обмен данными.

Далее возможны два варианта поведения:

Не вносить изменения в ОРС-сервер и АСУД.SCADA

В этом случае устройство будет опрашиваться программой KCSLogger, все будет работать корректно, но настройки параметра тэг в программе АСУД.SCADA для примитивов связанным с данным устройством будут отображать некорректную информацию.

Т.е., например, тэг до изменения был вида ModbusRTU (Отопление 0:192.168.1.100:4), что говорило о том, что RS-идентификатор устройства = 4. Далее мы внесли изменения в ASUDBase, указав RS-идентификатор 41. Провели опрос устройство, видим корректные данные в АСУД.SCADA, но тэг при этом остался таким же ModbusRTU (Отопление 0:192.168.1.100:4) - как будто идентификатор изменен не был.

Т.е. в случае внесения изменений в настройки системы следует всегда помнить, что самая корректная информация о настройке содержится в программе ASUDBase.

Внести изменения в ОРС-сервер и АСУД.SCADA

Запустить конфигуратор ОРС-сервера и выбрать в адресном пространстве требуемый прибор. В окне настроек следует выбрать (слева) любое другое устройство, затем опять то которое было изначально, вновь проставить галочки у параметров, которые следует транслировать в АСУД.SCADA.

В программе АСУД.SCADA перепривязать тэги всех примитивов связанных с устройством. При этом поле тэг изменится на ModbusRTU (Отопление 0:192.168.1.100:41) (см. пример ранее).

--Alex 10:15, 3 июля 2013 (UTC)