Guida alla comunicazione RTU di Modbus


In questo articolo, spiegheremo tutti gli aspetti relativi alla comunicazione RTU Modbus. Qual è la differenza tra Modbus RTU ed ASCII con RTU Modbus e TCP/IP? Come provare il protocollo RTU Modbus con il programma di monitoraggio RTU Modbus.

Contenuti


  1. Qual è il protocollo RTU Modbus?
  2. Come provare RTU Modbus con Serial Port Monitor
  3. Come funziona RTU Modbus?
  4. RTU Modbus vs TCP
  5. RTU Modbus vs ASCII

Qual è il protocollo Modbus RTU?


Il protocollo RTU Modbus è un mezzo di comunicazione che consente lo scambio di dati tra controllori logici programmabili (PLC) e computer. I dispositivi elettronici possono scambiare informazioni su linee seriali utilizzando il protocollo Modbus.

È stato ampiamente accettato ed è ampiamente usato nella costruzione di Sistemi di gestione degli edifici (BMS) e sistemi di automazione industriale (IAS). La sua adozione è stata stimolata dalla sua facilità d'uso, affidabilità e dal fatto che è a codice sorgente aperto e può essere usato royalty-free in qualsiasi dispositivo o applicazione.

Il protocollo è stato sviluppato e pubblicato da Modicon® nel 1979 per l'uso con i suoi controller logici programmabili. È costruito usando un'architettura master/slave e supporta dispositivi seriali che usano i protocolli RS232/RS485/RS422. Modbus viene spesso usato in scenari in cui più dispositivi di strumentazione e controllo trasmettono segnali a un controller o sistema centrale per raccogliere ed analizzare dati. I sistemi d'automazione industriale e controllo di supervisione e acquisizione dati (SCADA) spesso impiegano tale protocollo Modbus.

Cosa significa Modbus RTU?


RTU Modbus (Unità di terminale remoto) è una delle due modalità di trasmissione definite nelle specifiche Modbus originali. Le due modalità sono RTU Modbus e ASCII, entrambe progettate per essere usate con dispositivi seriali che supportano i protocolli RS232, RS485 e RS422. Una caratteristica distintiva di RTU Modbus è l'uso della codifica binaria e il controllo degli errori CRC. RTU Modbus è l'implementazione del protocollo Modbus che viene spesso usato in applicazioni industriali ed impianti di produzione automatizzati.

Come provare Modbus RTU con
Serial Port Monitor


Ci sono alcune situazioni in cui l'uso di un tester RTU Modbus può essere molto utile. Se stai sviluppando o correggendo dispositivi seriali od applicazioni, vorresti essere in grado di monitorare e analizzare la trasmissione di dati tra dispositivi e applicazioni. Un altro esempio in cui un'utilità di monitoraggio Modbus RTU si rivelerà indispensabile è se hai l'incarico di mantenere la rete e i dispositivi associati in un impianto di produzione industriale automatizzato.

Serial Port Monitor è un programma efficiente per provare e risolvere il protocollo RTU di Modbus.
Serial Port Monitor logo

Serial Port Monitor

Annota ed analizza l'attività della porta seriale
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Serial Port Monitor

Serial Port Monitor di Eltima è un programma RTU Modbus. È un'applicazione comprensiva e completa che consente il monitoraggio e l'analisi di tutte le attività dell'interfaccia RTU Modbus sul sistema. Tutti i dispositivi che supportano i protocolli RS232, RS485 ed RS422 possono monitorare ed analizzare le loro trasmissioni, per facilitare il debug o le attività di sviluppo.

Questo strumento programmatico è stato progettato con un'interfaccia flessibile e intuitiva, un terminale integrato e funzionalità di esportazione dei dati. È una risorsa preziosa per la diagnosi dei problemi di comunicazione RTU Modbus in ambiente Windows. Ecco alcuni punti salienti dell'elenco delle funzionalità che fanno parte di Serial Port Monitor.

  • Analisi dell'attività RTU Modbus. Questo rilevatore porta seriale può aprire qualsiasi porta seriale, anche quelle già aperte da un'altra applicazione, ed iniziare da subito a monitorare tutte le attività che viaggiano tramite quell'interfaccia. La raccolta dei dati in tempo reale consente di rintracciare rapidamente problemi e difetti. I dati monitorati possono essere reindirizzati su dei documenti o copiati negli Appunti, per venire poi usati per alcune analisi.
  • Monitora diverse porte seriali allo stesso tempo. L'uso di questa funzione ti consente di guardare le tue applicazioni interagire con più porte o dispositivi, all'interno della stessa sessione di monitoraggio. I dati acquisiti vengono presentati in base al principio first-in-first-out su un documento di registro centrale per semplificarne l'analisi.
  • Scegli tra più visualizzazioni dati. Esistono quattro visualizzazioni che possono essere mostrate separatamente o insieme. Sono le modalità tabella, linea, scorrimento e terminale, offrendo potenzialmente una visione variegata dei dati. La vista a scorrimento ti consente di esaminare le impostazioni della porta e puoi usare filtri di monitoraggio per ridurre il disordine dello schermo e concentrarti sugli eventi importanti.
  • Emulazione della trasmissione dei dati. È possibile inviare dati a dispositivi seriali in vari formati come stringa, binario, decimale ed esadecimale per monitorare la reazione del dispositivo seriale a comandi o stringhe di dati specifici.
  • Opzione di riproduzione della sessione. È possibile ripetere una trasmissione a una porta seriale per ottenere informazioni di monitoraggio più precise. Le sessioni possono essere confrontate tra loro e le differenze evidenziate automaticamente per una facile analisi.
  • Esporta i dati monitorati in vari formati. Puoi esportare i tuoi dati su un documento HTML, ASCII, UNICODE o formato CSV di Exсel e puoi aver attualmente monitorato i dati aggiunti a un documento precedentemente salvato.
  • Interfaccia intuitiva. Serial Port Monitor è progettato per consentire l'accesso a porte ed interfacce seriali senza la necessità di competenze di programmazione. I filtri per controllare i dati visualizzati, sono facilmente personalizzabili nella barra degli strumenti dell'applicazione.
  • Tieni traccia dei codici di controllo di input / output . È possibile ottenere i dettagli completi e i parametri di tutti i codici di controllo ingresso/uscita (IOCTL) seriali, usando Serial Port Monitor.

Questo analizzatore di protocollo Modbus RTU dovrebbe trovarsi nella cassetta degli attrezzi di chiunque lavori intensamente con dispositivi seriali e protocollo Modbus. Puoi usarlo in modalità RTU od ASCII, rendendolo un'utilità versatile. È una soluzione efficiente, che ti consente di monitorare tutte le interfacce seriali sul tuo sistema, senza requisiti meccanici aggiuntivi. Il monitoraggio della porta seriale di Eltima, funziona sul sistema operativo Windows 10, Windows Server 2012 e 2016.

Come funziona Modbus RTU?


Il protocollo Modbus è fondamentalmente un sistema che elabora richieste e risposte da dispositivi elettronici. L'architettura master / slave viene usata con le richieste del master che rispondono ai dispositivi slave.

Che cos'è un master Modbus RTU?

Un master RTU Modbus è il dispositivo centrale che effettua richieste di informazioni dai dispositivi slave collegati. Un controller centrale in un sistema di produzione automatizzato può svolgere il ruolo di un master RTU Modbus. Un'implementazione Modbus ha un master. I dispositivi master ottengono informazioni dagli slave e possono anche scrivere nei registri dei dispositivi slave.

Che cos'è uno slave RTU Modbus?

Lo slave RTU Modbus è il dispositivo che risponde alla richiesta effettuata dal dispositivo master. Non può avviare il trasferimento di informazioni ed è in un modello di mantenimento fino a quando non risponde a una richiesta fatta dal master.

Come detto, esiste un dispositivo master in un'implementazione Modbus RTU e possono esserci fino a 247 dispositivi slave. Ogni dispositivo slave è identificato da un indirizzo slave da 1 a 247.

Al centro del protocollo Modbus c'è il componente noto come Unità dati di protocollo (PDU). La PDU è costituita da un codice funzione e dati ed è costruita in modo coerente, indipendentemente dalla modalità di trasmissione Modbus usata. Il codice funzione specifica quali dati vengono richiesti dal master.

Nella modalità di trasmissione RTU di Modbus, attorno alla PDU sono racchiuse informazioni aggiuntive per creare l'intera Application Data Unit (ADU). Nel flusso di segnale e prima del codice funzione, in modalità RTU Modbus viene inviato un ID slave di 1 byte per identificare il dispositivo slave che dovrebbe soddisfare la richiesta. Alla PDU è aggiunto un CRC a 2 byte che garantisce l'invio e la ricezione della giusta quantità di byte.

I dispositivi Modbus supportano quattro tabelle di dati che vengono usate per facilitare la comunicazione tra i dispositivi. Sono ingressi discreti, uscite discrete (bobine), registri di ingresso e registri di mantenimento. I registri svolgono diverse funzioni e non sono tutti inclusi in tutti i dispositivi. In alcuni casi, solo i registri di mantenimento vengono utilizzati per la funzionalità I/O.

Campo Accesso Dimensione Descrizione
Ingressi discreti
solo lettura
1 bit
usati come ingressi
Uscite delle bobine
lettura/scrittura
1 bit
usato per il controllo dei discreti
Registri d'ingresso
sola lettura
16 bit
usati come ingresso
Registri di mantenimento
lettura/scrittura
16 bit
utilizzato per una varietà di cose tra cui ingresso, uscita, dati di configurazione, ecc.

I codici funzione indicano come il master interagisce con il dispositivo slave specificato nell'ID slave. In base al codice funzione inviato, il dispositivo master può leggere uno dei registri dello slave o scrive su di essi.

Gli slave restituiscono codici di errore quando ricevono un pacchetto che contiene un errore nella richiesta. Vengono restituiti codici di errore per problemi come la richiesta di una funzione illegale, indirizzi di registro illegali, che non possono essere raggiunti dallo slave specificato e messaggi che indicano che il dispositivo slave è occupato o ha riscontrato un errore.

RTU Modbus richiede che tu conosca o definisca i parametri come tasso del baud, formato del carattere (8 bits senza parità, ecc), e ID slave all'avvio della comunicazione. Una mancata corrispondenza in uno di questi parametri comporterà il fallimento del tentativo di comunicazione.

RTU Modbus vs TCP


L'RTU di Modbus è una delle modalità di trasmissione originali definite nel protocollo Modbus. Modbus TCP è un'estensione del protocollo recentemente sviluppata che consente il trasferimento dei protocolli Modbus su reti TCP / IP. La latenza intrinseca e altri aspetti della comunicazione su una rete hanno reso necessarie alcune modifiche su come mantenere le richieste e le risposte in sincronia tra loro e garantire che i dati errati non vengano ricevuti da un dispositivo slave.

Il TCP di Modbus mostra una differenza nel modo in cui è racchiusa la PDU rispetto all'RTU di Modbus. Il frame TCP che contiene la PDU inizia con un identificatore di transazione del Protocollo d'applicazione di MODBUS (MBAP) di 2 byte anziché l'ID slave. Inoltre, non è necessario che CRC esegua il controllo degli errori poiché il livello TCP gestisce tale funzione.

RTU Modbus vs ASCII


Dal momento che facevano entrambe parte delle specifiche del protocollo Modbus originale, ci si potrebbe chiedere quale sia la differenza tra ASCII Modbus ed RTU Modbus. RTU Modbus usa la codifica binaria e il controllo degli errori CRC. Queste scelte sono state fatte per motivi di efficienza e sono la ragione principale per cui la modalità RTU è quella più comunemente usata in ambienti industriali. Come avrete intuito, l'ASCII Modbus usa caratteri ASCII per l'invio di messaggi.

L'uso di caratteri ASCII rende i messaggi più leggibili dall'uomo, ma sono un mezzo di trasmissione meno efficiente. Un'altra grande differenza è nel livello di controllo degli errori che viene eseguito. ASCII Modbus usa il metodo LRC, meno efficace sul controllo degli errori, piuttosto che il CRC più forte della modalità RTU.

Sebbene RTU Modbus che Modbus ASCII siano progettati per essere usati con dispositivi e protocolli seriali, sono incompatibili tra loro a causa delle differenze sopra descritte. Se lavori con i dispositivi seriali, dovresti essere pronto ad usare il protocollo Modbus.

Serial Port Monitor

Requisiti: Windows (32-bit e 64-bit): XP/2003/2008/Vista/7/8/10, Windows Server 2012, Windows Server 2012/2016/2019 , 9.16MB dimensione
Versione 7.0.342 (16 Genn, 2018) Note di rilascio
Categoria: Serial Port Software