Modbus TCP/RTU: протокол для промышленных сетей

Modbus TCP/RTU: протокол для промышленных сетей

Modbus — самый распространённый открытый протокол в промышленности. Используется в датчиках, ЧРП, контроллерах, счётчиках. Разберём TCP и RTU, регистры, реализацию.

Что такое Modbus

Modbus — открытый протокол (Modicon, 1979), сейчас поддерживается организацией Modbus Organization. Используется в:

• Частотных приводах (Schneider, ABB, Vacon);
• Датчиках (Endress+Hauser, WIKA, Mitsubishi);
• Счётчиках энергии (Schneider, ABB);
• Контроллерах (Mitsubishi, Schneider, Segnetics);
• Панелях оператора (Weintek).

Две версии

Modbus RTU (Remote Terminal Unit) — по RS-485 (2-проводная или 4-проводная линия). С 1979 года. До 32 устройств на шине. Скорость до 115 200 бод.

Modbus TCP — поверх Ethernet. С 1999 года. Неограниченное количество устройств. Скорость — 100/1000 Мбит/с.

Modbus RTU и Modbus TCP — это один протокол, разные физические уровни. Регистры и команды — одинаковые.

Архитектура

Modbus — это «master/slave» (ведущий/ведомый):

• Master — ПЛК или SCADA, отправляет запросы;
• Slave (Server в TCP) — датчик/привод, отвечает на запросы.

Master опрашивает slave по очереди. Slave не может инициировать обмен (есть расширения, но редко используются).

Регистры Modbus

В реальной документации Modbus адресация идёт от 1 (1xxxxx = 0, 4xxxxx = 0). Многие устройства используют «0-based» или «1-based» — путаница частая. Всегда проверяйте документацию.

Команды Modbus (Function Codes)

Пример: чтение температуры с датчика

Запрос (от Master):

01 03 00 00 00 01 84 0A

01 - адрес Slave (1)
03 - функция Read Holding Registers
0000 - начальный адрес (0)
0001 - количество регистров (1)
840A - CRC

Ответ (от Slave):

01 03 02 00 C4 B9 61

01 - адрес Slave
03 - функция
02 - количество байт данных
00C4 - значение (196 = 19.6°C с десятичной 0.1)
B961 - CRC

Modbus RTU: особенности

• Физический уровень: RS-485 (2-проводная, полудуплекс);
• Длина шины: до 1200 м;
• Устройства: до 32 (без репитера), до 247 (с репитерами);
• Терминаторы: 120 Ом на концах линии;
• Скорости: 9600, 19200, 38400, 115200 бод;
• Формат данных: 8N1, 8E1, 8O1.

Modbus TCP: особенности

• Порт: 502;
• Формат: Big-endian (отличается от RTU);
• Не использует CRC (заменён TCP checksum);
• До 247 подключений (теоретически);
• Один master, много slave.

Modbus в Siemens S7-1500

S7-1500 поддерживает Modbus TCP «из коробки» (с FW 2.6+):

• Для TCP — стандартные блоки TCON, TSEND, TRCV, TDISCON;
• Для RTU — через модуль CM PtP (RS-485);
• Modbus RTU/TCP библиотеки — в TIA Portal (с FW 2.8+).

Также есть готовые блоки MB_CLIENT, MB_SERVER (для TCP) в TIA Portal.

Modbus в Mitsubishi ПЛК

Mitsubishi ПЛК имеет встроенную поддержку Modbus RTU и TCP через библиотеки OwenCommunication. Настройка через OwenLogic или CODESYS.

Типичные ошибки Modbus

• Неправильный адрес регистра (0-based vs 1-based);
• Несоответствие типа данных (Holding vs Input);
• Нет терминаторов на RS-485;
• Длинная шина с большим количеством устройств (помехи);
• Конфликт slave-адресов на шине.

Когда использовать Modbus

Modbus хорош для:

• Датчиков и приводов (особенно от разных производителей);
• Счётчиков энергии;
• Простых сетей (дешевле PROFINET);
• Интеграции со старым оборудованием.

Не для:

• Real-time управления (PROFINET IRT лучше);
• Больших сетей (PROFINET масштабируется лучше);
• Safety-приложений (PROFIsafe).

Заключение

Modbus — рабочая лошадка промышленных сетей. Простой, открытый, дешёвый. В ЭкоЭн используем Modbus для интеграции датчиков, приводов, счётчиков. Для критичных сетей — PROFINET.

Заказать услугу.