Go TwinCAT: Взгляд со стороны клиента ModbusTCP

Копнем чуть глубже — как выглядит сервер ModbusTCP с точки зрения клиента — по каким адресам модбаса нужно стучаться и что мы там найдем. Для свежести в памяти — обзор катушек и холдинг регистров и настройка сервера Modbus TCP.

После установки сервера ModbusTCP у нас уже есть настроенный конфигурационный файл, которым заранее удобно пользоваться. Все адреса десятеричные и все это можно позднее переделать под себя в том же конфигурационном файле. Пока же воспользуемся параметрами заданными по умолчанию в конфигурационном файле. Сетевой порт TCP = 502, полезная справочная документация = Mapping between Modbus and ADS.

Работа со стандартными массивами

Немецкие инженеры о нас позаботились — четыре заранее сформированные массива открывают доступ к данным Modbus. Причем открывают без какой-либо головоломки с расчетом индексов, упаковкой битов в слова и других отвлекающих преобразований.

После установки на ПЛК сервера ModbusTCP, последний автоматически ищет четыре глобальные переменные с заранее заданными именами.

Эти имена (или пара индекс-смещения) задаются в конфигурационном файле в разделах <VarName> или парой <IndexGroup> // <IndexOffset>.

Еще раз: в самой ПЛК-программе, вам ничего добавлять не нужно: сервер сам попытается найти эти имена среди глобальных переменных, и если найдет — автоматически начнет трансляцию данных по шине Modbus. Включать в проект дополнительные библиотеки не требуется, просто добавляем в глобальные переменные четыре массива:

.mb_Input_Coils [0..255] OF BOOL
.mb_Output_Coils  [0..255] OF BOOL
.mb_Input_Registers [0..255] OF WORD
.mb_Output_Registers  [0..255] OF WORD

С точки зрения ModbusTCP массивы получают адреса начиная с 32768₁₀ (или 0x8000₁₆). Расчет полного адреса ведется с учетом индекса в массиве:

.mb_Input_Coils [0..255] OF BOOL
.mb_Output_Coils  [0..255] OF BOOL

Адрес Modbus = 32768 + индекс в массиве (0..255)

Одна катушка или дискретный порт ввода-вывода соответствует одной ячейке массива типа BOOL. Это очень удобно, так как не требуется упаковка битов в "слово". Аналогично с регистрами:

.mb_Input_Registers [0..255] OF WORD
.mb_Output_Registers  [0..255] OF WORD

Адрес Modbus = 32768 + индекс в массиве (0..255)

В каждом массиве всего 256 элементов, поэтому адресация этих массивов заканчивается для Modbus на числе 33023. Полный диапазон 32768..33023.

Для клиента .mb_Input-Coils/Registers массивы доступны только для чтения (функции модбас #2, #4). .mb_Output-Coils/Registers доступны и для чтения (функции #1 #3), и для записи (функции #5, #6).

Переменные ввода/вывода

Дополнительно к массивам, автоматически транслируется область переменных ввода-вывода, то есть также одновременно транслируются те переменные, которые связаны с физическими входами/выходами или, иначе говоря, переменные, которые обозначены как AT %I* и AT %Q*. Простые правила помогут запомнить что-с-чем ассоциируется:

Катушки (coils) можно намагничивать и размагничивать — поэтому они могут менять свое значение и поэтому они связаны с AT %Q*. Аналогичное правило для регистров хранения (holding registers): в них тоже можно сохранять и читать.
Inputs — это входа и они только для ввода данных, поэтому записывать нельзя — AT %I*.

Чтение с помощью функций модбаса:

Катушки %QX — функция #1, Read Coils.
Регистры хранения %QB, %QW,... — #3, Read Holding Registers.
Дискретные входа %IX — функция #2, Read Discrete Inputs.
Дискретные регистры ввода %IB, %IW,... — #4, Read Input Registers.

Запись доступна только для катушек и регистров хранения, по одному за раз, но вообще можно и несколько за раз (функции 15 и 16):

Катушки %QX — функция #5, Write/Force Single Coil.
Регистры хранения %QB, %QW,... — #6, Write/Preset Single Register.

В итоге выстраивается стройная система — с точки зрения Modbus, мы номером функции выбираем тип переменных (чтение/запись, катушки/регистры), а затем адресом уточняем какую именно переменную мы хотим.

Адрес Modbus для переменных ввода данных (AT %I) лежит в диапазоне 0..32767. Для переменных ввода/вывода (AT %Q, катушки и регистры хранения) верхняя граница занижена 0..12287, иначе они будут пересекаться с меркерной памятью (читай ниже).

Расчет адресов идет по единому принципу и для тех, и для других. Так как дискретные или битовые входа/выхода упаковываются в байты — значения адресов Modbus придется немного повычислять, :

%IX#.@ (где # — номер байта, @ — номер бита в байте)
%QX#.@

Адрес Modbus = # / 2 * 16 + @ = # * 8 + @

Пример:

bSomeVar AT %IX6.2 : BOOL;

Адрес Modbus = 6 * 8 + 2 = 50

Для байтовых входов/выходов важно учитывать, что чтение с шины Modbus идет 16-разрядными словами. Чтобы прочитать байт, нужно прочитать слово целиком, а затем выделить из слова байт. Важно знать порядок следования байтов в слове — он не определен!

%IB# (где # — номер байта)
%QB#

Адрес Modbus = # / 2

Modbus 0 = %IB1 : %IB0
Modbus 1 = %IB3 : %IB2
Modbus 2 = %IB5 : %IB4
%IB123 → 123 / 2 = 61.5 ≈ 61 → Modbus 61 = %IB123 : %IB122
...

"Слова" состоят из двух байт, поэтому идут с шагом два. Например, для %IW и %QW:

iSomeVar0 AT %QW0 : WORD;
iSomeVar1 AT %QW2 : WORD;
iSomeVar2 AT %QW4 : WORD;
[...]
iSomeVarN AT %QW# : WORD;

Адрес Modbus = # / 2

Меркерная память

Для шины Modbus эта область памяти (AT %M*) лежит в диапазоне адресов 12288..24575. Адреса строятся аналогично переменным ввода/вывода из предыдущего пункта.

Обратите внимание, что адреса Modbus для меркерной памяти пересекаются с адресами переменных ввода/вывода %Q и в то же время не пересекаются с адресами переменных ввода %I. Это происходит по причине доступности переменных %M как на чтение, так и на запись, аналогично переменным ввода/вывода %Q. Именно поэтому M- и Q-области памяти выглядят одинаково с точки зрения Modbus, а значит и доступны с помощью одних и тех же функций Modbus.

Порядок слов

Modbus как таковой ничего о типах данных не знает и перегоняет битовые единицы упакованными в "слово", а регистры просто как "слова" (WORD). При этом протокол ничего не знает ни о знаке числа (для него все числа целые), ни о плавающей запятой, ни о порядке байт в слове.

Например, я сейчас включил ПЛК и при использовании типа WORD получил следующую картину:

%MB0 — младший байт
%MB1 — старший байт

%MW0 — 12288 (%MB1 : %MB0)
%MW2 — 12289 (%MB3 : %MB2)
%MW4 — 12290 (%MB5 : %MB4)

...а мой сосед включил сервоусилитель какой-то другой фирмы и получил обратный порядок байт, что смешало бы значения параметров в кашу. Проверяйте!

Загадочные области памяти

На самом деле — нет, но начиная с 24576 идет область данных, где хранятся значения переменных ПЛК-программы. Отсюда можно вытащить значения обычных локальных и глобальных переменных ПЛК-программы. Правда порядок их следования не гарантирован, поэтому использовать не рекомендуется.

Обновлено: 12 ноября 2017 г.