Modbus TCP

Modbus-Register und Spulen über TCP/IP, mit typisierter Adressierung, Steuerung der Byte-Reihenfolge und einem begrenzten Suchlauf im Netz.

Der Treiber Modbus TCP liest und schreibt Modbus-Register und Spulen über TCP/IP: Steuerungen, Zähler, Gateways und jeden Server, der Modbus/TCP spricht. Die Adressierung ist vollständig typisiert: Sie wählen eine Registerklasse und eine ab 0 gezählte Registernummer, und die Anwendung setzt die Anfrage auf dem Bus zusammen; es gibt keine Freitextadresse, bei der man sich vertun kann.

Gerät

Der Basis-URI in der Kopfzeile des Bereichs ist modbus+tcp://host:port/unitID, dazu ?minimumTransactionIntervalMs=n, wenn das Intervall gesetzt ist.

Geräte, die sich Host und Port teilen, teilen sich auch ein Tor für Transaktionen: Anfragen an denselben Endpunkt überlappen sich nie, und das größte eingestellte minimale Transaktionsintervall unter den aktivierten Geräten an diesem Endpunkt taktet sie alle. Der Bereich sagt es, wenn ein anderes Gerät das wirksame Intervall über das hier eingestellte hebt. Das Intervall regelt nur den Verkehr, den diese Anwendung aussendet: Es ist eine Hilfe für einen langsamen Server oder ein langsames Gateway, keine Reparatur für Fehler im Netz.

Das Verbinden wartet höchstens 5 Sekunden; auf eine Antwort wird höchstens 10 Sekunden gewartet; auf Protokollebene wird nichts wiederholt. Die Wiederholschleife im Hintergrund besitzt das erneute Verbinden, ein Gerät, das aus ist, kostet also nichts außer einem Messwert schlechter Qualität.

RTU über TCP

Ein Seriell-Ethernet-Umsetzer im transparenten Modus spricht selbst kein Modbus TCP: Was an seinem Socket ankommt, geht unverändert auf seinen seriellen Bus, und was der Bus antwortet, kommt zurück. Ein Gerät dahinter ist ein Modbus TCP-Gerät mit Rahmenformat auf RTU: Die Station sendet den RTU-Rahmen (Unit-ID, Anfrage und CRC) ohne MBAP-Header und glaubt einer Antwort nur, wenn ihre CRC stimmt. Der Basis-URI trägt dann framing=rtu in seiner Abfrage, zum Beispiel modbus+tcp://192.168.0.20:502/1?framing=rtu; ein Gerät auf MBAP behält die Adresse, die es immer hatte. Alles andere auf dieser Seite gilt unverändert: die Registerklassen, die Funktionscodes, die Schreibwarteschlange, die Zeitlimits und der Mindestabstand.

• Die Unit-ID ist die Adresse des Geräts auf dem seriellen Bus hinter dem Umsetzer, 1 bis 247.
• Die Geräte hinter einem Umsetzer teilen sich seinen Host und Port und damit seine Transaktionssperre: eine Anfrage nach der anderen, mehr trägt ein serieller Bus ohnehin nicht. Braucht der Umsetzer eine Pause zwischen den Rahmen, erhöhen Sie den Mindestabstand zwischen Transaktionen (ms).
• Die seriellen Einstellungen des Umsetzers selbst (Baudrate, Format) werden am Umsetzer eingestellt; die Station sieht sie nie.
• Ein RTU-Rahmen trägt keine Transaktionsnummer, deshalb verwirft die Station vor jeder Anfrage alles, was der Umsetzer bereits gesendet hat: Eine Antwort, die nach dem Zeitlimit ihrer Anfrage eintrifft, wird nie für die Antwort der nächsten gehalten.

Adressierung der Tags

Die Karte Quelle endet mit Adresse im Handbuch, wo das Tag in der Schreibweise steht, die das Handbuch des Geräts druckt: die erste Ziffer der Klasse, dann das ab 1 gezählte Register. Eingangsregister 0 liest sich 30001, ein Float in Holding-Register 100 liest sich 40101 bis 40102, und ein Register über 9998 bekommt sechs Stellen (Holding-Register 9999 liest sich 410000), der Bereich lässt sich also Zeile für Zeile mit dem Handbuch vergleichen.

Werttypen und Anzahlen

Sechs Werttypen werden angeboten, und die Breite jedes einzelnen auf dem Protokoll ist fest:

Ein Tag vom Typ String wird in der Reihenfolge gelesen und geschrieben, in der das Gerät die Bytes hält, und ein Schreibvorgang sendet immer UTF-8. Bytes, die kein gültiges UTF-8 sind, und so sieht ein Bereich aus, den das Gerät nie beschrieben hat, oder Text in einer anderen Kodierung, werden als Unicode-Ersatzzeichen gelesen, statt fehlzuschlagen: Das Tag zeigt sichtbar etwas Falsches, und jedes andere Tag an diesem Gerät liest weiter.

Anzahl (Register, leer = automatisch) wird nur bei Tags vom Typ String gefragt. Die Breiten von Boolean, Int16, UInt16, Int32 und Float sind fest, das Feld wird an diesen Punkten also nicht gezeichnet, weder im Bereich des Tags noch in der Tabelle der Tags; die Übersteuerung gibt es, um Tags vom Typ String zu bemessen.

Byte- und Wortreihenfolge

Das Feld zur Byte-Reihenfolge wird bei numerischen Tags und bei einem Boolean in einem Register gezeichnet, das zur Wort-Reihenfolge nur bei denen aus zwei Registern (Int32, Float). Sie sind zwei unabhängige Fragen: welches Byte innerhalb eines Registers führt und welches Register über ein Paar hinweg führt. Modbus legt für Text keines von beiden fest, ein Tag vom Typ String bekommt sie deshalb nicht angeboten: Seine Bytes reisen in der Reihenfolge, in der das Gerät sie hält. Für den Wert 0x01020304, mit A als höchstwertigem Byte, ergeben sich vier Anordnungen:

Lesen und Schreiben wenden dieselben zwei Antworten in derselben Reihenfolge an, ein Schreibvorgang legt also genau die Bytes ab, die ein Lesevorgang zurückgebracht hätte. Byte-Reihenfolge des Werts unter den Feldern sagt die Anordnung in einem Wort (ABCD, CDAB, BADC oder DCBA), so wie ein Handbuch sie nennt.

Ein Wert vom Typ Int16 oder UInt16 ist ein einziges Register, deshalb gilt für ihn nur die Byte-Reihenfolge: Für 0x1234 gehen mit dem höchstwertigen Byte zuerst 12 34 über den Bus, mit ausgeschaltetem Feld 34 12. Es gibt kein zweites Register einzuordnen, deshalb wird das Feld zur Wort-Reihenfolge für ihn nicht gezeichnet.

Funktionscodes

Ein Schreibvorgang gilt erst dann als erfolgreich, wenn die Antwort des Servers auf Protokollebene die Annahme bestätigt; erst dann rückt auch der zwischengespeicherte Wert nach.

Gerätesuche

Der Suchlauf ist ausdrücklich und begrenzt: Die Anwendung leitet Ihr lokales Teilnetz nie ab und fährt es nie von sich aus ab. Das Formular für den Umfang nimmt an:

Die Gerätesuche sendet jede Abtastung im gewählten Rahmenformat. Bei RTU ist jede Abtastung der bloße RTU-Rahmen, und eine Antwort zählt nur, wenn ihre Unit-ID passt und ihre CRC stimmt; so werden die Einheiten hinter einem Umsetzer im transparenten Modus gefunden wie alle anderen. Eine gefundene Einheit behält das Rahmenformat der Suche, wenn sie hinzugefügt wird.

Ein einzelner Suchlauf darf höchstens 256 Abtastungen senden (Hosts × Unit-IDs); ein größerer Plan wird abgelehnt, bevor ein Socket geöffnet wird. Die einzige gesendete Anfrage ist Read Basic Device Identification (Funktion 43/14): Die Gerätesuche liest nie Register und rät nie eine Registerbelegung. Eine vollständig gültige Modbus-Ausnahme als Antwort beweist, dass eine Einheit da ist, ohne ihre Identität zu behaupten; Erreichbarkeit über TCP, Zeitüberschreitungen und fehlerhafte Rahmen tun das nicht. Bis zu vier Hosts werden nebeneinander abgetastet, innerhalb eines Hosts nacheinander, mit 750 ms Zeitlimit für Verbinden und Abtasten.

Die Ergebnisse tragen den vollständigen Endpunkt und einen vorgeschlagenen Namen aus Hersteller und Produktcode, wenn das Gerät sie meldet. Kandidaten haben null Tags: Register werden nach Hinzufügen eingerichtet. Eine bereits konfigurierte Einheit wird als solche gekennzeichnet und bietet Öffnen an, statt ein Duplikat anzulegen.

Grenzen, die man kennen sollte

• Andere Ganzzahlbreiten (SByte, Byte, UInt32, Int64, UInt64) und Double werden nicht angeboten: Der Codec auf dem Bus überträgt genau die sechs Typen oben verlustfrei hin und zurück.
• Je Endpunkt ist immer nur eine Anfrage unterwegs; viele Geräte hinter einem Gateway teilen sich diese Reihung von Haus aus.
• Schreibvorgänge adressieren jeweils eine Spule oder eine Folge von Registern; ein Schreibvorgang über mehrere Spulen gibt es nicht.