Modbus: что это такое, протокол Modbus RTU и TCP простыми словами

Modbus: это открытый протокол обмена данными между промышленными устройствами, который определяет, как одно устройство запрашивает данные у другого и в каком виде получает ответ. Протокол появился в конце 1970-⁠х годов для связи контроллеров, его спецификация открыта и не требует лицензии, поэтому Modbus поддерживают счётчики, вычислители, контроллеры, частотные преобразователи и модули ввода-вывода самых разных производителей. В системах учёта и диспетчеризации Modbus используют, чтобы считывать показания и параметры приборов и передавать их на верхний уровень.

Как устроен обмен по Modbus

Обмен строится по принципу «запрос и ответ». Одно устройство задаёт вопросы, остальные только отвечают.

• Ведущее устройство (в новой терминологии клиент) отправляет запрос: какому устройству, какую операцию выполнить, с какими данными. Обычно это УСПД, контроллер или сервер сбора данных.
• Ведомое устройство (сервер) получает запрос, выполняет его и отправляет ответ. Это счётчик, вычислитель, датчик или модуль. Само по себе ведомое устройство ничего не передаёт, пока его не спросят.

В линии с последовательным интерфейсом у каждого ведомого устройства свой адрес, как правило от 1 до 247. Ведущее опрашивает приборы по очереди, поэтому время полного цикла опроса растёт с числом устройств и объёмом читаемых данных.

Регистры и коды функций

Данные в Modbus-устройстве представлены как набор пронумерованных ячеек. Их четыре типа.

Операция задаётся кодом функции, например «прочитать регистры хранения» или «записать один регистр». Важно, что протокол не определяет смысл регистров. Какой регистр содержит накопленную энергию, а какой температуру подачи, решает производитель прибора и описывает в карте регистров. Без этой карты устройство с поддержкой Modbus подключить нельзя.

Значения больше 16 бит, например накопленные показания или числа с плавающей точкой, занимают два или четыре регистра подряд. Порядок слов в таких значениях у производителей разный, и неверный порядок даёт явно ошибочные числа. Это одна из самых частых проблем при наладке.

Modbus RTU и Modbus TCP

Протокол существует в нескольких вариантах. На практике встречаются два.

Варианты легко сочетаются: шлюз принимает запросы Modbus TCP из сети и передаёт их в линию RS-⁠485 в формате RTU. Так приборы с последовательным интерфейсом подключают к серверу через локальную сеть предприятия.

Где Modbus используется в учёте

• Счётчики электроэнергии. На российском рынке счётчики чаще работают по собственным протоколам производителей или по протоколу СПОДЭС, Modbus есть лишь у части моделей. Такие счётчики подключают через УСПД или преобразователь протокола, который понимает их протокол. Поддерживаемый протокол каждой модели проверяют до проекта.
• Теплосчётчики и вычислители. Тепловычислители и вычислители расхода с интерфейсом RS-⁠485 часто отдают по Modbus текущие параметры и архивы.
• Контроллеры автоматики. ПЛК котлов, насосных станций и вентиляции передают по Modbus состояния, параметры и аварийные сигналы.
• Модули ввода-вывода. Для оборудования без цифрового интерфейса ставят модуль ввода, который преобразует импульсные, аналоговые и дискретные сигналы в регистры Modbus.
• УСПД и шлюзы. Собирают данные с линии и передают их на верхний уровень.

Платформа МБорд обменивается данными по Modbus RTU и TCP. Подключение приборов разных производителей, сверку карт регистров и настройку опроса мы выполняем в рамках интеграции с оборудованием. Как дальше обрабатываются считанные значения, подробно описано в статье о пути показания от счётчика до отчёта.

Чем Modbus отличается от M-⁠Bus

Названия похожи, но это разные технологии. M-⁠Bus создавалась специально для опроса счётчиков тепла, воды и газа. Она объединяет в себе физическую линию и протокол, может питать интерфейс прибора от самой шины (сам прибор при этом часто работает от батареи), а данные передаёт в стандартизованном виде с указанием единиц измерения. Modbus универсален: это только протокол, физическую линию для него задают отдельно (RS-⁠485 или Ethernet), а смысл данных описывает производитель. Для подключения M-⁠Bus приборов к системе на Modbus используют преобразователи.

Вопросы и ответы

Modbus и RS-⁠485: это одно и то же?

Нет. RS-⁠485 описывает электрическую линию, по которой идут сигналы, а Modbus определяет содержание сообщений. По линии RS-⁠485 могут работать и другие протоколы, а Modbus может работать по Ethernet.

Если у прибора есть Modbus, его точно можно подключить?

Как правило, да, но нужна карта регистров от производителя и проверка настроек: адреса, скорости, формата данных. Совместимость каждой модели проверяют на обследовании.

Можно ли по Modbus управлять оборудованием?

Технически да, через запись регистров и дискретных выходов. Будет ли система управлять оборудованием, определяет проект и права доступа.

Что выбрать: RTU или TCP?

Выбор определяется приборами. Счётчики и датчики чаще поддерживают RTU по RS-⁠485, контроллеры и шлюзы работают по TCP. В одной системе обычно используются оба варианта.