Server Modbus

Il server Modbus TCP della stazione stessa: la sua riga nella colonna Comunicazione, l'accensione e lo spegnimento, la porta e i client connessi, la mappa dei registri che serve tag, variabili di Logic e stati di allarme, che cosa un client legge e scrive, un esempio completo e che cosa non fa.

Il Server Modbus permette a un PLC, a un HMI o a un sistema di building automation che parla solo Modbus TCP di leggere i tag, le variabili di Logic e gli stati di allarme della stazione, e di scrivere i tag e le variabili che si consentono. È la seconda strada per cui i dati lasciano la stazione, accanto al server OPC UA incorporato, e non è un driver: un driver legge le apparecchiature, mentre il server Modbus viene letto dalle apparecchiature; aspetta che un PLC si colleghi e non si collega mai a nulla. Il suo pannello lo dice sotto il titolo: « Risponde ai PLC, agli HMI e ai sistemi di building automation che leggono e scrivono in Modbus TCP. Riceve le connessioni e non ne apre mai. »

Modbus non porta né nome utente né password: chi raggiunge la porta legge ogni registro che la mappa serve. Per questo il server nasce spento, ogni riga della sua mappa nasce di sola lettura, e la scrittura si consente riga per riga, da parte di qualcuno che l'ha scelto. Visualizzare Connector legge la pagina; Configurare Connector la modifica.

La riga nella colonna

La riga Server Modbus sta sotto la cartella Server dell'albero della colonna Comunicazione, sotto la riga del server OPC UA, con un'icona di server dove i driver mostrano una spina. È sempre presente: una stazione ne ha esattamente una, e non viene mai creata né eliminata. La casella di ricerca la trova per nome, e i chip di stato la classificano secondo il suo stato: Spenti finché il server è spento, Problemi finché la sua porta è occupata o non è riuscito a mettersi in ascolto, In ordine altrimenti. Accanto al nome dice che cosa sta facendo il server, e un punto lo riassume:

Il punto è solo del server: non entra nel riepilogo della cartella Driver né nella barra di stato, che parlano delle apparecchiature che la stazione legge. Selezionare la riga apre il pannello del server; la sua intestazione ripete lo stato accanto allo stesso punto. I comandi stanno nella barra dei comandi; la riga non ha un menu proprio.

Accenderlo e spegnerlo

Essere acceso è un'impostazione che la stazione conserva, e l'ascolto segue il runtime:

La scheda Porta e client

La prima scheda del pannello è Porta e client.

Una porta su cui il server non può spostarsi viene rifiutata prima che si salvi qualcosa: il motivo compare sotto il campo, il campo torna alla porta in uso e il server resta dov'era. Sei valori vengono rifiutati: un numero fuori intervallo (« La porta deve essere compresa tra 1 e 65535. »); la porta del server web, impostata in Accesso remoto (« La porta N è già del server web. Scegliere un'altra porta oppure spostare prima il server web. »); la porta dell'accesso agente impostata nella pagina Agente, che l'accesso agente sia attivo o no (« La porta N è già dell'accesso agente. Scegliere un'altra porta oppure spostare prima l'accesso agente. »); la porta del server OPC UA in Configurazione, in esecuzione o fermo (« La porta N è già del server OPC UA. Scegliere un'altra porta oppure spostare prima il server. »); la porta del broker MQTT nella pagina Connector, acceso o spento (« La porta N è già del broker MQTT. Scegliere un'altra porta oppure spostare prima il broker MQTT. »); e una porta che qualcos'altro su questa macchina tiene in questo momento (« La porta N è occupata su questa macchina. Chiudere ciò che la tiene occupata oppure scegliere un'altra porta. »). Gli altri quattro campi di porta rifiutano a loro volta la porta di questo server. Il motivo resta sotto il campo fino alla prossima porta che il campo accetta, o finché la riga non viene selezionata di nuovo.

Sotto la scheda, una nota dice: « Risponde a qualsiasi ID unità. Le altre macchine raggiungono questo server solo se Windows Firewall lascia entrare la porta TCP 502: consentirlo è una decisione dell'operatore, e questa stazione non lo fa mai da sola. »

Il server accetta al massimo 16 client alla volta: una diciassettesima connessione viene chiusa appena si apre, e il diario tecnico lo registra. Un client che sparisce senza chiudere la sua connessione (un PLC spento, un cavo staccato) viene rilevato dal keep-alive TCP, e il suo posto si libera in circa un minuto e mezzo.

Firewall di Windows

Sotto la nota, un punto e una frase dichiarano se la regola in entrata propria della stazione lascia entrare questa porta, come la scheda Accesso dei client lo dichiara per la porta OPC UA, con un'unica azione quando non la lascia entrare.

Lo stato viene letto quando la scheda si apre e di nuovo quando la porta cambia, quindi una porta nuova mostra Non configurato finché non la si consente. La stazione non aggiunge mai la regola da sola.

La mappa dei registri

La seconda scheda, Mappa dei registri, è ciò che il server serve: ogni riga mette un tag, una variabile di Logic o uno stato di allarme in un registro, o in una coil, che un client indirizza. Un registro che nessuna riga copre non esiste per un client. La scheda dice: « Ogni riga serve un tag, una variabile di Logic o uno stato di allarme a un registro. Una riga resta di sola lettura finché non si consente la scrittura, e una riga che serve un allarme lo resta sempre. La scrittura di un client segue allora lo stesso percorso di ogni altra ed è registrata nel diario tecnico con l'indirizzo del client. »

La tabella

Le righe sono elencate per classe (holding register, registri di ingresso, coil, ingressi discreti), poi per registro. Senza nessuna: « Nessun registro è ancora servito. Aggiungerne uno con Nuova riga. » Fare clic su una riga la seleziona e apre i suoi campi sotto la tabella; quale riga è selezionata appartiene alla finestra in cui ci si trova.

Ciò che fa crescere la tabella e ciò che elimina una riga stanno a destra del titolo della scheda:

I campi di una riga

Una riga ha esattamente i campi e le regole di un tag Modbus: un punto accettato a un capo del filo è accettato all'altro. Ogni campo viene salvato nel momento in cui cambia (un numero quando si esce dal campo o si preme Invio, una scelta quando si sceglie, una casella quando la si spunta), e un client riceve la nuova riga dalla sua richiesta successiva, senza essere scollegato.

Sotto i campi, tre righe rileggono la riga: dove si trova (« Occupa il registro 0. » o « Occupa i registri da 0 a 1. »), che cosa un client può farne (« Un client può leggere questa riga ma non scriverla. » o « Un client può leggere e scrivere questa riga: ogni scrittura è registrata nel diario tecnico con il suo indirizzo. », o « Un client legge questo stato dell'allarme e non lo scrive mai. Come numero, 0 è normale, 1 attivo non tacitato, 2 attivo tacitato, 3 rientrato non tacitato. » per una riga che serve un allarme), e che cosa un client vi legge adesso (« Valore attuale: 21.5 »). Quando un client che legge la riga non riceverebbe alcun valore, segue il motivo:

Che cosa rifiuta una riga

Una modifica che le regole del server rifiutano non viene salvata: il motivo compare in rosso sopra i campi della riga, la modifica resta sullo schermo perché la si possa correggere, e la riga continua a servire ciò che serviva finché una modifica non viene accettata. Le altre righe non ne risentono.

Finché una prova tiene la stazione o il runtime è fermo, una modifica viene rifiutata come ogni modifica della pagina, con il motivo nel registro delle azioni (« La configurazione è bloccata mentre un'unità è in esecuzione. », « Runtime fermo »), e non viene salvato nulla.

Che cosa un client legge e scrive

Il server risponde a qualsiasi ID unità, e risponde con l'ID unità con cui è stato interrogato: in TCP una stazione si indirizza col suo indirizzo IP. I numeri di registro viaggiano contati da 0. Uno strumento per PLC che conta da 1, o che scrive la notazione classica, aggiunge da sé lo scostamento:

Qualsiasi altro codice di funzione riceve l'eccezione 01. Una richiesta legge al massimo 125 registri o 2000 coil o ingressi, e scrive al massimo 123 registri o 1968 coil.

Una lettura riceve una risposta intera o nessuna. Ogni valore viene letto dallo stato attuale della stazione, mai valutato per il client: un tag serve il suo valore ingegneristico, quello che la stazione mostra dopo la catena di conversione, una variabile serve il suo valore, e un allarme lo stato indicato dalla sua riga. Il valore viene convertito nel tipo della riga con la conversione unica della stazione: un reale viene arrotondato all'intero più vicino per una riga intera (le metà lontano da zero) e tenuto entro i limiti del tipo, quindi una riga Int16 serve 32767 per 40000. Una lettura può chiedere una parte di una riga di due registri: riceve i registri chiesti, come li tiene il valore codificato. Una riga la cui sorgente non ha un valore valido non riceve mai un ultimo valore conservato dal server: un registro non porta qualità, e un PLC che leggesse un numero vecchio agirebbe su un valore che la stazione sa non attuale. Il client riceve invece l'eccezione 04, e la sua gestione dei guasti di comunicazione decide; il prezzo è che una riga senza valore fa fallire una lettura a blocco che la attraversa, e la colonna Valore attuale della mappa indica quale. Un tag che presenta un sostituto proprio (l'ultimo valore valido mantenuto, o un numero dichiarato, impostato nella sua fase Lettura non valida) mantiene un valore valido, e il sostituto viene servito come qualunque valore.

La scrittura di un client passa dallo stesso punto unico di scrittura di ogni altra (vedi Logic): un tag dalla coda di consegna del suo dispositivo, con il suo valore ingegneristico riportato indietro dalla conversione del tag, e una variabile di memoria dalla coda di Logic. I blocchi delle sorgenti valgono: una sorgente che una ricetta o un interblocco di Process in corso tiene bloccata viene rifiutata. Il punto unico di scrittura registra nel diario tecnico ogni valore dal vecchio al nuovo sotto la sorgente Modbus client 192.168.0.20:51234, e la risposta aspetta la ricevuta di ogni valore, che per un tag è la risposta dell'apparecchiatura stessa.

• Una scrittura copre righe intere: scrivere un solo registro di una riga Float viene rifiutato, quindi un Float si scrive con la funzione 16 e un conteggio di 2.
• Ogni riga che la scrittura raggiunge viene controllata sulla mappa prima che parta qualunque valore: un registro fuori da ogni riga, o una riga di sola lettura, rifiuta l'intera richiesta, e non viene scritto nulla.
• I valori vanno poi alle loro sorgenti nell'ordine dei registri. Un rifiuto che il punto unico di scrittura dà a uno di essi è la risposta che riceve il client, anche se le altre righe della stessa richiesta sono state consegnate anch'esse.

Un esempio completo

Un PLC legge dalla stazione la temperatura di un forno e il contatto della sua porta, e scrive il setpoint del forno, una variabile di memoria Variables.Oven.Setpoint. Nel pannello:

1. Selezionare la riga Server Modbus e premere Nuova riga. Impostare Classe di registro su Registro di ingresso (3xxxx) (il registro resta 0) e Sorgente su « Tag di Connector · Simulated · Oven · Temperature ». La riga dice « Occupa i registri da 0 a 1. », Indirizzo nel manuale mostra da 30001 a 30002, e la colonna Valore attuale mostra la temperatura.
2. Premere di nuovo Nuova riga, impostare Classe di registro su Ingresso discreto (1xxxx) (il tipo diventa Boolean e il registro resta 0) e scegliere il contatto della porta, « Tag di Connector · Simulated · Oven · DoorOpen ».
3. Premere Nuova riga una terza volta. Arriva sull'holding register 0, Float. Scegliere prima « Variabile · Oven / Setpoint », poi impostare Accesso su Lettura e scrittura: la riga dice « Un client può leggere e scrivere questa riga: ogni scrittura è registrata nel diario tecnico con il suo indirizzo. »
4. Premere Abilita nella barra dei comandi: la riga dice « In ascolto sulla porta 502 ». Per un PLC su un'altra macchina, premere poi Consenti la rete locale nella scheda Porta e client.

Ciò che il PLC chiede, con le due caselle d'ordine spuntate (un Float viaggia in big-endian, parola più significativa per prima, ABCD):

Lo stesso con un agente, con i quattro strumenti delle aree del Connector:

modbus_map_upsert(source: "Connector.Simulated.Oven.Temperature", registerClass: "InputRegister", register: 0, type: "Float")
modbus_map_upsert(source: "Connector.Simulated.Oven.DoorOpen", registerClass: "DiscreteInput", register: 0)
modbus_map_upsert(source: "Variables.Oven.Setpoint", registerClass: "HoldingRegister", register: 0, type: "Float", access: "ReadAndWrite")
modbus_server_configure(enabled: true)

Una riga creata da un agente è di sola lettura a meno che access non dica altro, e una coil o un ingresso discreto è Boolean quando non si dà un tipo. modbus_server_status rilegge l'intero server: il suo stato, i suoi client e ogni riga con ciò che un client vi legge adesso. Gli strumenti sono descritti in Gli strumenti, area per area.

Permessi e blocchi

Finché una prova tiene la stazione o il runtime è fermo, i verbi restano disegnati e in grigio con il motivo, e ogni modifica viene rifiutata, come ovunque nella pagina Connector. La lettura del pannello, e quella del server da parte dei client, continuano. Un agente modifica il server solo dall'area di configurazione del Connector dell'accesso agente, e ogni modifica che fa resta registrata come sua.

Il diario tecnico

Il server scrive nella Console degli Eventi sotto l'area Server, componente Modbus server: quando inizia e smette di ascoltare, una porta che non è riuscito ad aprire, una connessione che ha chiuso perché serviva già 16 client, e ogni richiesta che ha rifiutato, con il suo codice di eccezione. Un rifiuto che si ripete, come quello di un PLC che a ogni ciclo interroga un registro assente dalla mappa, viene scritto la prima volta, riassunto ogni pochi minuti finché dura, e chiuso con una riga quando il client torna a essere servito. Connessioni e disconnessioni sono un dettaglio, conservato per la cattura dettagliata. Ogni modifica delle impostazioni del server o della sua mappa viene registrata anch'essa, che venga dalla pagina o da un agente. Ciò che la scrittura di un client ha fatto è la riga del punto unico di scrittura stesso, sotto la sorgente Modbus client <address>:<port>.

Che cosa il server non fa

• Serve solo Modbus TCP, con l'intestazione MBAP. Non c'è un server Modbus RTU o ASCII su una linea seriale, né trame RTU su TCP.
• Non apre mai Windows Firewall da solo (lo fa solo Consenti la rete locale, quando lo si preme), e non può ascoltare su una sola scheda di rete: ascolta su ogni indirizzo del computer, su una porta.
• Risponde a qualsiasi ID unità con la stessa unica mappa: non può ospitare più unità con mappe diverse.
• Non ha utente, né password, né cifratura, perché Modbus non ne ha: chi raggiunge la porta legge ogni riga e scrive ogni riga che consente la scrittura. Lasciare le righe di sola lettura a meno che un client non debba scriverle, e tenere la porta chiusa alle reti che non hanno nulla a che fare con essa.
• Non si collega mai a nulla. Per leggere un'apparecchiatura Modbus, aggiungerla sotto il driver Modbus TCP o Modbus RTU.
• Non tiene registri propri: un registro che nessuna riga copre non esiste, e tutto ciò che un client scrive finisce in un tag o in una variabile.
• Non tiene mai un valore proprio da servire al posto di uno mancante, e non esegue nessuno degli altri codici di funzione (Read/Write Multiple Registers, Mask Write Register, identificazione del dispositivo): ricevono l'eccezione 01.
• La mappa non ha un'importazione né un'esportazione proprie: viaggia con la configurazione della stazione nei backup.