Modbus TCP

TCP/IP 越しの Modbus のレジスターとコイル。型付きのアドレス指定、バイト順の指定、そして上限のあるネットワークのスキャン。

Modbus TCP のドライバーは、TCP/IP 越しに Modbus のレジスターとコイルを読み書きします。相手は PLC、計器、ゲートウェイ、そして Modbus/TCP を話すあらゆるサーバーです。アドレス指定は完全に型付きです。レジスターの種類と 0 起算のレジスター番号を選べば、アプリがバス上の要求を組み立てます。書き間違えるような自由記述のアドレスはありません。

機器

パネルの見出しに出る基準 URI は modbus+tcp://host:port/unitID で、間隔を設定していれば ?minimumTransactionIntervalMs=n が付きます。

ホストとポートを共有する機器は、1 つのトランザクションの門も共有します。同じ接続先への要求が重なることは決してなく、その接続先の有効な機器のうち最大の通信の最小間隔が、その全部の間隔を決めます。ほかの機器がここで設定した値より実効の間隔を引き上げているときは、パネルがそう伝えます。この間隔が支配するのは、このアプリケーションが出す通信だけです。応答の遅いサーバーやゲートウェイのための互換の補助であって、ネットワークの不具合を直すものではありません。

接続は最大 5 秒、応答は最大 10 秒待ちます。プロトコルの水準での再試行はありません。再接続は背後の再試行の繰り返しが受け持つので、電源の入っていない機器があっても、品質の悪い読み取りが出る以外の損はありません。

TCP 上の RTU

透過モードのシリアル-Ethernet 変換器は、自分では Modbus TCP を話しません。ソケットに届いたものをそのままシリアルバスへ出し、バスが答えたものを返すだけです。その奥の機器は、フレーム形式を RTU にした Modbus TCP の機器です。ステーションは MBAP のヘッダーを付けずに RTU フレーム（ユニット ID、要求、CRC）を送り、CRC が合う応答だけを受け入れます。このとき基準 URI のクエリには framing=rtu が付きます。たとえば modbus+tcp://192.168.0.20:502/1?framing=rtu です。MBAP の機器は、これまでどおりのアドレスのままです。このページのほかの内容は変わりません。レジスターの種類、機能コード、書き込みの待ち行列、タイムアウト、通信の間隔はそのまま当てはまります。

• ユニット ID は、変換器の奥にあるシリアルバス上の機器のアドレスで、1 から 247 です。
• 1 台の変換器の奥にある機器は、そのホストとポートを共有し、それに伴って通信の関門も共有します。一度に 1 つの要求だけで、これはシリアルバスが運べるすべてでもあります。変換器がフレームの間に休止を必要とするなら、通信の最小間隔（ms）を大きくしてください。
• 変換器自身のシリアルの設定（ボーレート、形式）は変換器の側で設定します。ステーションからは見えません。
• RTU フレームにはトランザクション番号がないので、ステーションは要求のたびに、変換器がすでに送ってきたものを捨てます。要求がタイムアウトした後に届いた応答が、次の要求の応答と取り違えられることはありません。

タグのアドレス指定

「信号源」のカードの最後にはマニュアル上のアドレスがあり、機器のマニュアルが印刷する表記でタグがどこにあるかを示します。種類の先頭の数字に、1 から数えたレジスターを続けたものです。入力レジスター 0 は 30001、保持レジスター 100 の Float は 40101 から 40102 まで、9998 を超えるレジスターは 6 桁になります（保持レジスター 9999 は 410000）。パネルをマニュアルと 1 行ずつ見比べられます。

値の型と個数

出る値の型は 6 つで、それぞれのプロトコル上の幅は決まっています。

文字列のタグは、機器がバイトを保持している順で読み書きされ、書き込みは常に UTF-8 を送ります。UTF-8 として正しくないバイト、つまり機器が一度も初期化していない範囲や、別の符号化で書かれた文字がそう見えるのですが、それは失敗ではなく Unicode の置換文字として読まれます。そのタグは目に見えておかしなものを見せますが、その機器のほかのタグは読み取りを続けます。

数量（レジスター数。空欄なら自動）を尋ねるのは文字列のタグだけです。Boolean、Int16、UInt16、Int32、Float の幅は決まっているので、タグのパネルにもタグのグリッドにも、その点では入力欄が描かれません。この上書きは、文字列のタグの大きさを決めるためにあります。

バイト順とワード順

バイト順の入力欄は数値のタグとレジスターに置いたブール値のタグに描かれ、ワード順の入力欄はレジスター 2 つのタグ（Int32、Float）にだけ描かれます。これは独立した 2 つの問いです。各レジスターの中でどちらのバイトが先か、そして 2 つ 1 組のレジスターでどちらが先か。Modbus は文字についてはどちらも定めていないので、文字列のタグにはこれらが出ません。そのバイトは、機器が保持している順で流れます。値 0x01020304 について、最上位のバイトを A とすると、4 通りの並びは次のようになります。

読み取りと書き込みは、同じ 2 つの答えを同じ順で当てるので、書き込みは、読み取りが取ってくるはずのバイトをそのまま置きます。入力欄の下の値のバイト順は、その並びをマニュアルと同じく一語（ABCD、CDAB、BADC、DCBA）で示します。

Int16 や UInt16 の値はレジスター 1 つなので、当てはまるのはバイト順だけです。0x1234 なら、上位バイトを先にすると 12 34、オフにすると 34 12 が送られます。並べる 2 つ目のレジスターがないので、ワード順の入力欄は描かれません。

機能コード

書き込みが成功として返るのは、サーバーのプロトコル上の応答が受け付けを確認したときだけです。保持している値が進むのも、そのときだけです。

機器検出

スキャンは明示的で、上限があります。アプリがローカルのサブネットを推測したり、まとめて掃いたりすることはありません。範囲のフォームが取るのは次のものです。

スキャンは、選んだフレーム形式ですべての探索を送ります。RTU では各探索が素の RTU フレームになり、ユニット ID が一致して CRC が合う応答だけを数えます。これで透過モードの変換器の奥にあるユニットも、ほかと同じように見つかります。見つかったユニットは、追加するときにスキャンのフレーム形式を引き継ぎます。

1 回のスキャンが送れるのは最大で探索 256 回（ホスト × ユニット ID）です。それより大きな計画は、ソケットが 1 つも開く前に拒否されます。送られる要求は Read Basic Device Identification（機能コード 43/14）だけです。機器検出がレジスターを読んだり、レジスターの割り付けを当てたりすることはありません。完全に妥当な Modbus の例外応答は、身元は分からなくてもそのユニットの存在を示します。TCP で届くこと、タイムアウト、壊れたフレームは、示しません。同時にスキャンするホストは最大 4 つで、ホストの中では順番に行い、接続と探索のタイムアウトは 750 ms です。

結果は接続先の全体と、機器がベンダーと製品コードを報告したときはそれらから作った名前の候補を運びます。候補のタグは 0 件です。レジスターは追加のあとで設定します。すでに設定されているユニットはそう示され、重複を作る代わりに開くを出します。

知っておきたい限界

• ほかの幅の整数の型（SByte、Byte、UInt32、Int64、UInt64）と Double は出ません。バス上の変換が過不足なく往復できるのは、上の 6 つの型です。
• 1 つの接続先で同時に進む要求は 1 つだけです。1 台のゲートウェイの奥にある多数の機器は、設計上その直列化を共有します。
• 書き込みは、一度に 1 つのコイルか 1 つのレジスターの連なりを対象にします。複数コイルをまとめて書く手段はありません。