MODBUS это протокол обмена сообщениями уровня приложения, позиционируемый как уровень 7 модели OSI (Open Systems Interconnection). Modbus предоставляет способ обмена данными типа клиент/сервер между устройствами, подключенных к различным типам шин или сетей. Непонятные термины и сокращения см. в разделе "Словарик", в конце статьи.

В индустрии широко применяются в основном 2 варианта соединения устройств - последовательный (с 1979 года, на основе RS-232), и через сеть стека TCP/IP, через порт 502.

Протокол MODBUS работает по принципу запрос/ответ, и предоставляет службы, определенных функциональными кодами. Функциональные коды MODBUS это элементы запроса/ответа PDU (Protocol Data Unit). Назначение этого документа (перевод спецификации [1]) - описать функциональные коды, используемые в рабочей среде транзакций MODBUS.

Как уже упоминалось, MODBUS работает на уровне приложений, для обмена по типу клиент/сервер между устройствами, подключенными к разным типам шин или сетей. В настоящий момент реализованы следующие виды сетей:

• TCP/IP over Ethernet [2].
• Асинхронное последовательное соединение через различные физические реализации (проводные: EIA/TIA-232-E, EIA-422, EIA/TIA-485-A; оптика, радио, и т. д.).
• MODBUS PLUS, высокоскоростная сеть с передачей маркеров (high speed token passing network).

Рис. 1. Стек коммуникаций MODBUS.

Протокол MODBUS позволяет упростить обмен между всеми архитектурами сетей различных типов.

Рис. 2: Пример архитектуры сети MODBUS.

Каждый тип устройствEvery type of devices (PLC, HMI, панель управления, драйвер, система управления движением, устройство I/O, ...) может использовать протокол MODBUS для инициирования сетевых (дистанционных) операций.

Один и тот же обмен данными может быть реализован как через последовательную линию связи (RS-232 и его производные), так и через сети Ethernet TCP/IP. Шлюзы позволяют осуществить коммуникацию между различными типами шин или сетей, используя протокол MODBUS.

[4. Общее описание протокола]

В протоколе MODBUS определена простая единица обмена данными (Protocol Data Unit, PDU), которая не зависит от нижележащих слоев обмена данными. Отображение протокола MODBUS на определенные шины или сети могут вводить дополнительные поля на единице обмена данных приложения (Application Data Unit, ADU).

Рис. 3. Основной фрейм MODBUS.

MODBUS ADU формируется клиентом, который инициирует транзакцию MODBUS. Функция указывает серверу, какое действие следует выполнить. Протокол приложения MODBUS устанавливает формат запроса, инициированного клиентом.

Поле кода функции элемента данных MODBUS кодируется в одном байте. Допустимы коды в диапазоне 1 .. 255 (диапазон 128 .. 255 зарезервирован, и используется для ответов на исключения). Когда сообщение отправляется от клиента к серверу, поле кода функции говорит серверу, какое действие нужно предпринять. Код функции 0 недопустим.

Для некоторых кодов функции добавлены субкоды, чтобы определить несколько действий.

Поле данных сообщений отправляемое от клиента к серверу, содержит дополнительную информацию, которую сервер использует для выполнения действия, определенного кодом функции. Это может включать элементы наподобие дискретных значений и адресов регистров, количества обрабатываемых элементов и количества фактических байт данных в поле.

Поле данных может отсутствовать (иметь нулевую длину) в определенных видах запросов - в этом случае сервер не требует дополнительную информацию. Код функции сам по себе определяет действие.

Если не было ошибки, связанной с запрошенной функцией MODBUS в корректно принятом поле данных MODBUS ADU, ответ сервера клиенту будет содержать запрошенные данные. Если произошла ошибка, связанная запрошенной функцией MODBUS, поле содержит код исключения, который приложение сервера может использовать, чтобы определить следующее предпринимаемое действие.

Например, клиент может прочитать состояния ON/OFF группы дискретных выходов или входов, или может прочитать/записать содержимое данных группы регистров.

Когда сервер отвечает клиенту, он использует поле кода функции, чтобы показать нормальный (безошибочный) ответ, или некоторый вид произошедшей ошибки (это называется ответ исключения, exception response). Для нормального ответа сервер просто как эхо выдает в ответ на запрос оригинальный код функции.

Рис. 4. Транзакция MODBUS (без ошибки).

Для ответа исключения сервер вернет код, эквивалентный оригинальному коду функции из запроса PDU, но у которого старший бит установлен в лог. 1.

Рис. 5. Транзакция MODBUS (exception response, в случае ошибки).

Примечание: желательно отслеживать тайм-аут ответа, чтобы не ждать бесконечно ответа, который возможно никогда не придет.

Размер MODBUS PDU ограничен значением, унаследованным от реализации MODBUS на основе проводной последовательной сети (максимум RS485 ADU = 256 байт).

Таким образом, MODBUS PDU для последовательной линии обмена = 256 - адрес сервера (1 байт) - CRC (2 байта) = 253 байта.

Следовательно:

RS232 / RS485 ADU = 253 байта + адрес сервера (1 байт) + CRC (2 байта) = 256 байт.
TCP MODBUS ADU = 253 байта + MBAP (7 байт) = 260 байт.

Протокол MODBUS определяет три вида PDU:

• MODBUS Request PDU (PDU запроса), mb_req_pdu.
• MODBUS Response PDU (PDU ответа), mb_rsp_pdu.
• MODBUS Exception Response PDU (PDU ответа исключения), mb_excep_rsp_pdu.

4.2. Кодирование данных. MODBUS использует big-Endian представление для адресов и элементов данных. Это значит, что если числовое значение использует для кодирования и передачи больше одного байта, то тогда сначала передается самый старший байт (в памяти самый старший байт размещается первым, т. е. по самому младшему адресу). Например, если размер регистра 16 бит, и в нем находится значение 0x1234, то сначала передается байт 0x12, затем 0x34. Подробнее см. [3, 4].

4.3. Модель данных MODBUS. MODBUS базируется на модели данных из серии таблиц, обладающих разными характеристиками. 4 главные таблицы следующие:

Различия между входами и выходами, а также между адресуемыми побитно и адресуемыми словами элементами данных не предполагают какого-либо поведения приложения. Вполне приемлемо и очень распространено рассмотрение всех четырех таблиц как перекрывающие друг друга, если это самая естественная интерпретация целевой машины.

Для каждой из главных таблиц протокол позволяет делать индивидуальных выбор их 65536 элементов данных. Также разработаны операции чтения или записи этих элементов данных как несколько следующих друг за другом элементов данных, вплоть до предела размера данных, который зависит от кода функции транзакции.

Очевидно, что все данные, обрабатываемые через MODBUS (биты, регистры) должны находиться в памяти приложения устройства. Однако физическое размещение в памяти (адрес) не следует путать со ссылкой на данные. The only requirement is to link data reference with physical address.

Логические ссылочные номера MODBUS, которые используются в функциях MODBUS, это беззнаковые целочисленные индексы (uint16_t), начинающиеся с 0.

Модель адресации MODBUS. Протокол приложения MODBUS точно определяет правила адресации PDU. В MODBUS PDU каждые данные адресуется индексом от 0 до 65535.

Также ясно определена модель данных MODBUS, составленная из 4 блоков, каждый из которых пронумерован от 1 до n. Модели данных MODBUS каждый элемент в блоке нумеруется от 1 до n.

После этого модель данных MODBUS должна быть связана с приложением устройства (объект IEC-61131, или другая модель приложения). Предварительное отображение между моделью данных MODBUS и приложением устройства полностью определяется его производителем, и зависит от специфики устройства.

На рисунке ниже показано, как данные MODBUS с номером X адресованы в MODBUS PDU X-1.

Рис. 8. Модель адресации MODBUS.

Транзакция MODBUS. Следующая диаграмма состояний описывает традиционную обработку транзакции MODBUS на стороне сервера.

Рис. 9. Диаграмма состояний транзакции MODBUS.

Как только запрос был обработан сервером, он строит ответ с адекватной транзакцией MODBUS. В зависимости от результата обработки будет собран один из двух типов ответа:

• Положительный ответ MODBUS:
   - Код функции ответа = коду функции запроса.

• Ответ исключения (MODBUS Exception response, см. секцию 7):
   - Цель ответа предоставить клиенту подходящую информацию, описывающую ошибку, детектированную при обработке запроса.
   - Код исключения (exception function code) = коду функции запроса + 0x80;
   - Предоставляет код исключения, показывающий причину ошибки.

[5. Категории кода функции]

Существует 3 категории кодов функции MODBUS:

Публичные коды (Public Function Codes)

• Коды функций, которые хорошо определены.
• Гарантированно уникальные.
• Поддерживаются комьюнити MODBUS-IDA.org.
• Документация опубликована.
• Доступен тест совместимости.
• Включают как публично назначенные коды функций, так и не назначенные коды, зарезервированные для использования в будущем.

Пользовательские коды (User-Defined Function Codes)

• Два диапазона определяемых пользователем кдов, от 65 до 72 и от 100 до 110.
• Пользователь может выбрать и реализовать код функции, который не поддерживается спецификацией.
• Нет гарантии, что выбранный код функции будет уникальным.
• Если пользователь захочет сменить позиционирование функционала своего кода функции как публичного, он должен инициировать RFC, чтобы внести изменение в публичную категорию, в которой будет назначен новый функциональный код.
• Организация MODBUS, Inc явно оставляет за собой право разработки предлагаемого RFC.

Зарезервированные коды (Reserved Function Codes)

• Коды функции, используемые в настоящее время некоторыми компаниями в своих старых продуктах. Эти коды недоступны для публичного использования.

Дополнительно см. Приложение A "Зарезервированные коды MODBUS, субкоды и типы MEI" в конце этой документации.

Рис. 10. Категории кодов функции.

Публичные коды функций:

[6. Описания кодов функции]

6.1. 01 (0x01) Read Coils

Этот код функции используется для чтения от 1 до 2000 смежных состояний обмоток в сетевом устройстве. Запрос PDU задает начальный адрес, т. е. адрес первой обмотки, и количество обмоток. В PDU обмотки адресуются от нуля. Таким образом, обмотки с номерами 1 .. 16 адресуются как 0 .. 15.

Обмотки в сообщении ответа упакованы как один бит поля данных на обмотку. Состояние включено (ON) определяется лог. 1 бита и выключено (OFF) лог. 0. LSB первого байта данных содержит выход, адресованный в запросе. Другие обмотки следуют по битам дальше, к более старшим битам до конца байта, и снова начинаются с младшего бита дальше, в последующих байтах.

Если возвращаемое количество выходов не делится нацело на 8, то оставшиеся биты последнего байта данных будут дополнены нулями (в направлении к старшим битам, до конца байта). Поле количества байт (Byte Count) указывает количество полных байт данных.

Запрос:

Ответ:

Примечание *: N = количество выходов / 8, и если остаток не равен 0, то N = N+1.

Ошибка:

Рис. 11. Диаграмма состояний Read Coils.

6.2. 02 (0x02) Read Discrete Inputs

Этот код функции используется для чтения от 1 до 2000 смежных дискретных входов сетевого устройства. Запрос PDU задает начальный адрес, т. е. адрес первого заданного входа, и количество входов. В PDU Discrete Inputs адресация начинается с 0. Таким образом дискретные входы, пронумерованные 1 .. 16, адресуются как 0 .. 15.

Дискретные входы в сообщении ответа упакованы по одному входу на бит в поле данных. Состояние ON показывается как лог. 1, OFF как лог. 0. LSB первого байта данных содержит вход первый вход, адресованный в запросе. Другие входы помещаются в более старших битах, вплоть до конца байта, и снова начинаются с младших бит следующих байт.

Если возвращаемое количество входов не делится нацело на 8, то оставшиеся биты последнего байта данных будут дополнены нулями (в направлении к старшим битам, до конца байта). Поле количества байт (Byte Count) указывает количество полных байт данных.

Запрос:

Ответ:

Примечание *: N = Количество входов / 8, и если остаток отличается от 0, то N = N+1.

Ошибка:

Рис. 13. Диаграмма состояний чтения регистров (Read Holding Registers).

6.4. 04 (0x04) Read Input Registers

Этот код функции используется для чтения 1 .. 125 смежных входных регистров сетевого устройства. Запрос PDU задает начальный адрес регистра и количество регистров. В PDU регистры адресуются начиная с нуля. Таким образом регистры, пронумерованные 1 .. 16 адресуются как 0 .. 15.

Данные регистров в сообщении ответа упакованы как 2 байта на регистр, с двоичным содержанием, выравненным вправо в каждом байте. Для каждого регистра первый байт содержит старшие биты, и второй байт содержит младшие биты регистра.

Запрос:

Ответ:

Примечание *: N = количество входных регистров.

Ошибка:

Рис. 14. Диаграмма состояний чтения входных регистров (Read Input Registers).

6.5. 05 (0x05) Write Single Coil

Этот код функции используется для записи одного выхода сетевого устройства в состояние ON или OFF. Запрошенное состояние ON/OFF задается константой в поле данных запроса. Значение запроса 0xFF 0x00 (hex) задает состояние ON выхода, а значение 0x00 0x00 задает OFF. Все другие значения недопустимы, и не влияют на выход.

Запрос PDU задает адрес обмотки, которая управляется. Обмотки адресуются начиная с нуля. Таким образом, обмотка с номером 1 адресуется как 0. Запрашиваемое состояние ON/OFF задается константой в поле Coil Value. Значение 0XFF00 соответствует ON, значение 0X0000 соответствует OFF. Все другие значения недопустимы, и не повлияют на состояние обмотки.

Нормальным ответом будет эхо запроса, возвращенное после того, как было записано состояние обмотки.

Запрос:

Ответ:

Ошибка:

Рис. 15. Диаграмма состояний записи одного выхода.

6.6. 06 (0x06) Write Single Register

Этот код функции используется для записи одного регистра временного хранения в сетевом устройстве. Запрос PDU задает адрес записываемого регистра. Регистры адресуются начиная с 0. Таким образом регистр номер 1 адресуется как 0.

Нормальный ответ будет эхом запроса, возвращенным после того, как регистр был записан.

Запрос:

Ответ:

Ошибка:

Рис. 16. Диаграмма состояний записи одного регистра.

6.7. 07 (0x07) Read Exception Status (только для последовательной линии)

Этот код функции используется для чтения восьми выходов состояния исключения (Exception Status) сетевого устройства.

Функция предоставляет простой метод доступа к этой информации, потому что ссылка на Exception Output известна (не нужно в функции задавать ссылку на выход).

Нормальный ответ содержит статус восьми выходов Exception Status. Выходы упакованы в один байт данных, по одному биту на выход. Статус младшего выход соответствует LSB байта.

Содержимое восьми выходов Exception Status специфично для устройства.

Запрос:

Ответ:

Ошибка:

Рис. 17. Диаграмма состояний Read Exception Status.

6.8. 08 (0x08) Diagnostics (только для последовательной линии)

Код функции 08 предоставляет серии текстов для проверки системы коммуникации между устройством клиента (Master, главное устройство) и устройством сервера (Slave, подчиненное устройство), или для проверки различных внутренних состояний ошибки сервера.

Функция использует в запросе поле двухбайтного субкода функции, чтобы определить тип теста, который будет выполняться. Сервер в нормальном ответе эхом отправляет обратно клиенту код функции и код субфункции. Некоторые виды диагностики в поле данных нормального ответа возвращают информацию от сетевого устройства.

В общем выдача диагностической функции в сетевое устройство не влияет на его выполняемую рабочую программу. Тест не обращается к логике пользователя наподобие дискретных бит и регистров. Определенные функции могут опционально сбросить счетчики ошибок в сетевом устройстве.

Однако устройство сервера может быть переведено в режим "только прослушивание" (Listen Only Mode), в котором оно будет мониторить сообщения системы коммуникации, но не будет отвечать на них. Это может повлиять на результат работы прикладной программы, если это зависит от дальнейшего обмена данными с удаленным устройством. Как правило, этот режим принудительно удаляет неисправное удаленное устройство из системы связи (чтобы оно не мешало обмену данными с другими устройствами).

Для устройств последовательной линии определены следующие диагностические функции. Нормальный ответ на запрос Return Query Data возвращаются те же самые данные. Также эхом отправляются код функции и код субфункции.

Запрос:

Ответ:

Ошибка:

Рис. 18. Диаграмма состояний диагностики.

{/spoiler}

6.9. 11 (0x0B) Get Comm Event Counter (только для последовательной линии)

Этот код функции используется для получения слова статуса и счетчика событий коммуникаций (communication event counter) от сетевого устройства.

Путем получения текущего счетчика перед и после серии сообщений, клиент может определить, были ли сообщения нормально обработаны дальним сетевым устройством.

Счетчик событий устройства инкрементируется после каждого успешного завершения сообщения. Он не инкрементируется для ответов исключения, команд опроса или команд выдачи счетчика событий.

Счетчик событий может быть сброшен функцией диагностики (код функции 08), у которой код субфункции Restart Communications (код субфункции 00 01) или код субфункции Clear Counters and Diagnostic Register (код субфункции 00 0A).

Нормальный ответ содержит двухбайтное слово статуса и двухбайтный счетчик событий. Слово статуса будет всеми единичками FF FF (hex), если сетевым устройством все еще выполняется ранее выданная команда программы (состояние занятости). Иначе в слове статуса будут все нули.

Запрос:

Ответ:

Ошибка:

Рис. 19. Диаграмма состояний Get Comm Event Counter.

6.10. 12 (0x0C) Get Comm Event Log (только для последовательной линии)

Этот код функции используется для получения слова статуса, счетчика событий, счетчика сообщений и поля байт событий от сетевого устройства.

Слово статуса и счетчик событий идентичны тем, что возвращаются функцией Get Communications Event Counter function (11 0B hex).

Счетчик событий содержит количество сообщений, обработанных сетевым устройством с момента последнего рестарта. Этот счетчик идентичен тому, который возвращается функцией диагностики (код 08), субфункцией Return Bus Message Count (код 11, 0B hex).

Поле байт события содержит 0 .. 64 байт, где каждый байт соответствует статусу одной операции передачи или приема MODBUS сетевого устройства. Сетевое устройство вводит события в поле в хронологическом порядке. Байт 0 это самое свежее событие. Каждый новый байт выбрасывает самый старый байт из поля.

Нормальный ответ содержит двухбайтное поле слова статуса, двухбайтное поле счетчика событий и поле, содержащее 0 .. 64 байта событий. Поле количества байт содержит общую длину данных в этих четырех полях.

Запрос:

Ответ:

Примечание *: N = количество событий + 3 x 2 байт, (длина статуса, счетчик событий и счетчик сообщений).

Ошибка:

Рис. 20. Диаграмма состояний Get Comm Event Log.

6.11. 15 (0x0F) Write Multiple Coils

Этот код функции используется в сетевом устройстве для переключения его каждой обмотки в последовательности либо в состояние ON, либо в состояние OFF. Запрос PDU задает обмотки, которые управляются. Обмотки адресуются начиная с 0. Таким образом, обмотка номер 1 адресуется как 0.

Запрашиваемые состояния ON/OFF задаются содержимым поля данных. Лог. 1 в позиции бита запрашивает перевод соответствующего выхода в состояние ON. Лог. 0 запрашивает перевод выхода в состояние OFF.

Нормальный ответ возвратит код функции, начальный адрес и количество управляемых обмоток.

Запрос:

Примечание *: N = Количество выходов / 8, если остаток отличается от 0, то N = N+1.

Ответ:

Ошибка:

Рис. 21. Диаграмма состояний Write Multiple Outputs.

6.12. 16 (0x10) Write Multiple registers

Этот код функции используется для записи блока смежных регистров (1 .. 123 регистров) в сетевом устройстве.

Запрашиваемые записываемые значения задаются полем данных запроса. Данные упакованы как 2 байта на регистр.

Нормальный ответ вернет код функции, начальный адрес и количество записанных регистров.

Запрос:

Примечание *: N = количество регистров.

Ответ:

Ошибка:

Рис. 22. Диаграмма состояний Write Multiple Registers.

6.13. 17 (0x11) Report Slave ID (только для последовательной линии)

Этот код функции используется для чтения описания типа, текущего состояния и других информационных параметров, специфичных для сетевого устройства.

Запрос:

Ответ:

Ошибка:

Рис. 23. Диаграмма состояний Report slave ID.

6.14. 20 (0x14) Read File Record

Этот код функции используется для чтения из файла. Все запросы длин данных (Request Data Lengths) предоставляются в единицах байт, и все запросы длин записей (Record Lengths) предоставляются в единицах регистров.

Файл это организация записей. Каждый файл содержит 10000 записей, адресованных десятичными значениями от 0000 до 9999 или HEX-значениями от 0x0000 до 0x270F. Например, запись 12 адресуется как 12.

Функция может прочитать несколько групп ссылок. Группы могут быть разделены (быть не смежными), однако элементы в каждой группе должны быть последовательными.

Каждая группа определяется отдельным полем субзапроса, которое содержит 7 байт:

Тип запроса: 1 байт (должен быть указан как 6)
Номер файла: 2 байта
Начальный номер записи в файле: 2 байта
Длина записи для чтения: 2 байта.

Количество регистров для чтения, в комбинации со всеми другими полями в ожидаемом ответе, не должно превышать допустимой длины MODBUS PDU: 253 байта.

Нормальный ответ это серия субответов, по одному на каждый субзапрос. Поле количества байт это общее скомбинированное количество байт во всех субответах. Дополнительно каждый субответ содержит поле, которое показывает свое количество байт.

Запрос:

Ответ:

Ошибка:

Примечание: хотя допускается задавать номер файла в диапазоне 1 .. 0xFFFF, следует заметить, что что совместимость с устаревшим оборудованием может быть нарушена, если номер файла превышает 10 (0x0A).

Рис. 24. Диаграмма состояний Read File Record.

6.15. 21 (0x15) Write File Record

Этот код функции используется для выполнения записи в файл. Все длины данных запроса (Request Data Lengths) предоставляются в байтах, и все длины записей (Record Lengths) в единицах 16-битных слов.

Файл это организация записей. Каждый файл содержит 10000 записей, адресованных десятичными значениями от 0000 до 9999 или HEX-значениями от 0X0000 до 0X270F. Например, запись 12 адресуется как 12.

Функция может записать несколько групп ссылок. Группы могут быть разделены (быть не смежными), однако элементы в каждой группе должны быть последовательными.

Каждая группа определена в отдельном поле субзапроса, в котором 7 байт плюс данные:

Тип запроса: 1 байт (должен быть указан как 6).
Номер файла: 2 байта.
Начальный номер записи в файле: 2 байта.
Длина для записи: 2 байта.
Записываемые данные: по 2 байта на регистр.

Количество регистров для записи, в комбинации со всеми другими полями в ожидаемом ответе, не должно превышать допустимой длины MODBUS PDU: 253 байта.

Нормальный ответ будет эхом (копией) запроса.

Запрос:

Ответ:

Ошибка:

Примечание: хотя допускается задавать номер файла в диапазоне 1 .. 0xFFFF, следует заметить, что что совместимость с устаревшим оборудованием может быть нарушена, если номер файла превышает 10 (0x0A).

Рис. 25. Диаграмма состояний Write File Record.

6.16. 22 (0x16) Mask Write Register

Этот код функции используются для модификации содержимого регистра временного хранения (holding register), используя комбинацию маски И (AND), маски ИЛИ (OR) и текущего содержимого регистра. Эта функция может использоваться для установки или очистки отельных бит в регистре.

Запрос задает временный регистр хранения, который будет записываться, данные для маски AND и данные для маски OR. Регистры адресуются начиная с 0. Таким образом, регистры 1 .. 16 адресуются как 0 .. 15.

Алгоритм функции:

Результат = (текущее содержимое & маскаAND) | (маскаOR & (^маскаAND))

Пример:

Примечание: если значение маскаOR равно 0, то результатом будет простое логическое И текущего содержимого регистра и значения маскаAND. Если значение маскаAND равно 0, то результат будет равен значению маскаOR. Содержимое регистра может быть прочитано функцией Read Holding Registers (код функции 03). Однако регистр (регистры) могут быть изменены впоследствии в результате работы логики программы пользователя.

Нормальный ответ будет эхом (копией) запроса.

Запрос:

Ответ:

Ошибка:

Рис. 26. Диаграмма состояний Mask Write Holding Register.

6.17. 23 (0x17) Read/Write Multiple registers

Этот код функции выполняет комбинацию одной операции чтения и одной операции записи в одной транзакции MODBUS. Операция записи выполняется перед операцией чтения.

Регистры временного хранения (holding registers) адресуются начиная с 0. Таким образом, регистры 1 .. 16 адресуются в PDU как 0 .. 15.

Запрос задает как начальный адрес и количество holding-регистров для чтения, так и начальный адрес и количество holding-регистров для чтения. Количество байт задает, сколько байт следует в поле записи данных.

Нормальный ответ содержит данные из группы регистров, которая была прочитана. Поле количества байт задает, сколько байт следует в поле данных чтения.

Запрос:

Примечание *: N = количество регистров для записи.

Ответ:

Примечание *: N = количество регистров для чтения.

Ошибка:

Рис. 27. Диаграмма состояния Read/Write Multiple Registers.

6.18. 24 (0x18) Read FIFO Queue

Этот код функции позволяет прочитать содержимое очереди FIFO регистров сетевого устройства. Функция вернет количество регистров в очереди, за которым будут идти данные очереди. Можно прочитать до 32 регистров: количество плюс 31 данных поставленных в очередь регистров. Сначала возвращается количество регистров в очереди, за ним следуют данные регистров в очереди.

Функция считывает содержимое очереди, однако не очищает её.

В нормальном ответе количество байт (Byte Count) показывает, сколько байт будет идти дальше, включая количество байт очереди и значение байт регистра (но не включая поля проверки на ошибку).

FIFO Count это количество регистров данных в очереди (не включая регистра количества).

Если FIFO Count превышает 31, то будет возвращен ответ исключения с кодом ошибки 03 (Illegal Data Value).

Запрос:

Ответ:

Пример *: N = количеству регистров в FIFO.

Ошибка:

Рис. 28: Диаграмма состояний Read FIFO Queue.

6.19. 43 (0x2B) Encapsulated Interface Transport

Примечание: в Приложении A находится информация по зарезервированным кодам MODBUS, субкодам и типам MEI.

Код функции 43 и его тип MEI 14 для идентификации устройства это один из двух инкапсулированных транспорта интерфейса (Encapsulated Interface Transport), доступных сейчас в этой спецификации [1]. Следующие коды функций и типы MEI не входят как часть этой публичной спецификации и эти коды функций и типы MEI зарегистрированы специально: 43 / 0 .. 12 и 43 / 15 .. 255.

Транспорт MODBUS Encapsulated Interface (MEI) это механизм туннелирования запросов службы и запуска методов, а также их возвращаемых данных, внутри MODBUS PDU.

Главное назначение транспорта MEI - инкапсуляция вызов методов или запросов служб, которые являются частью определенного интерфейса, а также возвращаемых результатов метода или ответов службы.

Рис. 29: Транспорт MEI (MODBUS encapsulated Interface).

Сетевой интерфейс может быть любым коммуникационным стеком, использующимся для отправки MODBUS PDU, как например TCP/IP или последовательная линия связи.

MEI Type (тип MEI) это специально назначенный номер (MODBUS Assigned Number) и поэтому он будет уникальным, значение между 0 и 255 зарезервировано согласно Приложению A, кроме MEI Type 13 и MEI Type 14.

MEI Type используется реализациями транспорта MEI для диспетчеризации вызова метода на показанном интерфейсе.

Поскольку служба транспорта MEI отвязана от интерфейса, любое специфическое поведение или политика, требуемая интерфейсом, должна предоставляться самим интерфейсом, т. е. обработка транзакции MEI, обработка ошибок интерфейса MEI, и т. п.

Запрос:

Ответ:

Ошибка:

В качестве примера см. запрос Read Device Identification.

6.20. 43 / 13 (0x2B / 0x0D) CANopen General Reference Request and Response PDU

CANopen General reference Command это инкапсуляция служб, которые будут использоваться для доступа (на чтение или запись) элементов словаря объектов CANopen (CANopen Device Object Dictionary), а также для управления и мониторинга системы CANopen и её устройств.

MEI Type 13 (0x0D) это MODBUS Assigned Number, лицензированный CiA для CANopen General Reference.

Система предназначена для работы в пределах ограничений существующих сетей MODBUS. Поэтому информация, необходимая для запроса или изменения объектных словарей CANopen в системе, преобразуется в формат сообщения MODBUS. PDU будет ограничен 253 байтами как в сообщении запроса, так и в сообщении ответа.

На веб-сайте MODBUS-IDA или на веб-сайте CiA (CAN in Automation) можно ознакомиться с копиями и условиями использования, охватывающими код функции 43 MEI Type 13.

6.21 43 / 14 (0x2B / 0x0E) Read Device Identification

Этот код функции позволяет прочитать идентификацию и дополнительную информацию, относящуюся только к физическому и функциональному описанию сетевого устройства.

Интерфейс Read Device Identification смоделирован как адресное пространство, составленное из набора адресуемых элементов данных. Элементы данных называются объектами, и их идентифицирует object Id.

Интерфейс состоит из 3 категорий объектов:

• Basic Device Identification (базовая идентификация устройства). Все объекты в этой категории обязательны: имя производителя (VendorName), код изделия (Product code) и номер ревизии (revision number).
• Regular Device Identification (обычная идентификация устройства). В дополнение к базовым объектам данных, устройство предоставляет дополнительную и опциональную идентификацию и описание объектов данных. Все объекты в этой категории определены в стандарте, но их реализация не является обязательной.
• Extended Device Identification (расширенная идентификация устройства). В дополнение к обычным объектам данных, устройство предоставляет дополнительную и опциональную идентификацию и описание приватных данных о самом физическом устройстве. Все эти данные зависят от конкретного устройства.

Запрос:

Ответ:

Ошибка:

[7. Ответы исключений MODBUS]

Когда устройство-клиент (master) посылает запрос устройству-серверу (slave), от сервера ожидается нормальный ответ. Из-за запроса master может произойти одно из 4 событий:

• Если устройство-сервер приняло запрос без коммуникационной ошибки, то оно может обработать запрос нормальным образом, и вернуть нормальный ответ.
• Если сервер не принял запрос из-за коммуникационной ошибки, то ответ возвращен не будет. Программа клиента обработает таймаут для запроса.
• Если сервер принял запрос, но обнаружил коммуникационную ошибку (parity, LRC, CRC, ...), то ответ возвращен не будет. Программа клиента обработает таймаут для запроса.
• Если сервер принял запрос без коммуникационной ошибки, но не может обработать его (например, если был запрос на чтение несуществующего выхода или регистра), то сервер возвратит ответ исключения (exception response), информирующий клиента о природе ошибки.

Сообщение ответа исключения должно иметь два поля, которые отличают это сообщение от нормального ответа:

Поле кода функции. В нормальном ответе сервер как эхо посылает в ответе тот же код функции, который был в оригинальном запросе. Это все коды функции, у которых старший бит (MSB) в лог. 0 (их значения меньше 0x80 hex). В ответе исключения (exception response) сервер установит в лог. 1 MSB кода функции. Это делает код функции в ответе исключения однозначно больше на 0x80 (hex), чем значение кода функции в нормaльном ответе.

По установленному MSB в коде функции программа приложения клиента может распознать ответ исключения, и проверить поле данных для кода исключения.

Поле данных. В нормальном ответе сервер может возвратить данные или статистику (любую информацию, которую требовал запрос). В ответе исключения сервер вернет в поле данных код исключения (exception code). Это определит состояние сервера, которое вызвало исключение.

Список кодов исключений (MODBUS Exception Codes, коды указаны в HEX-формате) приведен в следующей таблице.

[Приложение A: зарезервированные коды функций MODBUS, субкоды и типы MEI]

Следующие коды функций и субкоды функций не входят в публичную спецификацию, и эти коды и субкоды функции специально зарезервированы. Формат представляет собой код/субкод или просто код функции, где зарезервированы следующие комбинации: 8 / 19; 8 / 21 .. 65535, 9, 10, 13, 14, 41, 42, 90, 91, 125, 126 и 127.

Эта спецификация в настоящий момент предоставляет код функции 43 и его MEI Type 14 для Device Identification и MEI Type 13 для CANopen General Reference Request и PDU ответа в качестве транспортов инкапсулированного интерфейса (Encapsulated Interface Transports).

Следующие коды функции и типы MEI не должны быть частью этой публичной спецификации, и эти коды функции и типы MEI специально зарезервированы: 43 / 0 .. 12 и 43 / 15 .. 255. В этой спецификации код функции пользователя (User Defined Function) дает тот же или подобный результат, как не поддерживаемый Encapsulated Interface Transport.

MODBUS является зарегистрированной торговой маркой Schneider Automation Inc.

[Словарик]

ADU Application Data Unit.

HDLC High level Data Link Control.

HMI Human Machine Interface.

IETF Internet Engineering Task Force.

I/O Input/Output, ввод/вывод.

IP Internet Protocol.

LSB Least Significant Bit, младший значащий бит.

MAC Medium Access Control.

MB MODBUS Protocol.

MBAP MODBUS Application Protocol.

MEI MODBUS Encapsulated Interface, дополнительный код функции, передаваемый за основным. Стандарт определяет MEI 13 (0x0D), предназначенный для инкапсуляции протокола CANopen. MEI 14 (0x0E) используется для получения информации об устройстве и MEI в диапазонах 0—12 и 15—255 зарезервированы.

MSB Most Significant Bit, старший значащий бит.

OSI Open Systems Interconnection, открытая модель организации обмена данными через сеть.

PDU Protocol Data Unit, элемент обмена данными.

PLC Programmable Logic Controller, программируемый логический контроллер.

RFC Request for Comments, рабочее предложение - документ из серии пронумерованных информационных документов Интернета, содержащих технические спецификации и стандарты, широко применяемые во всемирной сети (из Википедии).

TCP Transport Control Protocol.

клиент главное устройство (master) сети MODBUS, которое отправляет запросы/команды серверам MODBUS и получает от них ответы.

сервер подчиненное устройство (slave) сети MODBUS, которое принимает запросы/команды клиента MODBUS, выполняет их и отправляет соответствующие ответы клиенту MODBUS.

[Ссылки]

1. MODBUS APPLICATION PROTOCOL SPECIFICATION V1.1b site:modbus.org.
2. MODBUS Messaging Implementation Guide V1.0a site:modbus.org.
3. RFC 791, Internet Protocol, Sep81 DARPA.
4. Порядок следования байт (endianness).
5. Библиотека FreeMODBUS.