СТА 4/2010

90 СТА 4/2010 www.cta.ru В ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРА M ODBUS : ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Протокол Modbus и одноимённая сеть [1 4] являются самыми распространёнными в мире среди протоколов и сетей. Несмотря на свой возраст (Modbus стал стандартом де факто ещё в 1979 году) он не только не устарел, но, на оборот, демонстрирует существенно возросшее количество ориентированных на него новых разработок и увеличиваю щийся объём организационной поддержки протокола. Миллионы Modbus устройств по всему миру продолжают успешно работать, обновляются версии описания протоко ла [2]. Одним из главных преимуществ Modbus является отсут ствие необходимости в специальных интерфейсных конт роллерах (PROFIBUS и CAN требуют для своей реализа ции заказных микросхем), также к преимуществам следует причислить простоту программной реализации и элегант ность принципов функционирования. Всё это снижает за траты на освоение стандарта как системными интегратора ми, так и разработчиками контроллерного оборудования. Высокая степень открытости протокола обеспечивается полностью бесплатными текстами стандартов, которые можно скачать с сайта www.modbus.org. В России Modbus по распространённости конкурирует только с PROFIBUS. Популярность протокола в настоящее время объясняется, прежде всего, совместимостью с боль шим количеством оборудования, которое поддерживает протокол Modbus. Кроме того, Modbus имеет высокую дос товерность передачи данных, связанную с применением надёжного метода контроля ошибок. Modbus позволяет унифицировать команды обмена благодаря стандартиза ции номеров (адресов) регистров и функций их чтения записи. Основным недостатком Modbus является сетевой обмен по типу «ведущий–ведомый», что не позволяет ведомым устройствам передавать данные по мере их появления и по этому требует интенсивного опроса ведомых устройств ве дущим. Разновидностями Modbus выступают Modbus Plus [4], представляющий собой многомастерный протокол с коль цевой передачей маркера, и протокол Modbus TCP [5], рас считанный на использование в сетях Ethernet и Интернет. Протокол Modbus имеет два режима передачи: RTU (remote terminal unit – удалённое терминальное устрой ство) и ASCII. Стандарт предусматривает, что режим RTU в протоколе Modbus должен присутствовать обязательно, а режим ASCII является опционным. Пользователь может выбирать любой из них, но все модули, включённые в сеть Modbus, должны иметь один и тот же режим передачи. Мы рассмотрим только протокол Modbus RTU, посколь ку Modbus ASCII в России практически не используется. Отметим, что Modbus ASCII нельзя путать с частнофир менным протоколом DCON, который используется в мо дулях фирм Advantech и ICP DAS и не соответствует стан дарту Modbus. Стандарт Modbus предусматривает применение физичес кого интерфейса RS 485, RS 422 или RS 232. Наиболее часто применяемым для организации промышленной сети является 2 проводной интерфейс RS 485. Для соединений точка–точка может быть использован интерфейс RS 232 или RS 422. В стандарте Modbus имеются требования обязательные , рекомендуемые и опционные (необязательные). Существует три степени соответствия стандарту: полностью соответ ствует (когда протокол соответствует всем обязательным и всем рекомендуемым требованиям), условно соответствует (когда протокол соответствует только обязательным требо ваниям и не соответствует рекомендуемым) и не соответ ствует. Модель OSI протокола Modbus содержит три уровня: фи зический, канальный и прикладной (табл. 1). Ф ИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ В новых разработках на основе Modbus стандарт реко мендует использовать интерфейс RS 485 с двухпроводной линией передачи, но допускается применение четырёхпро водной линии и интерфейса RS 232. Modbus шина должна состоять из одного магистрального кабеля, от которого могут быть сделаны отводы. Магистраль ный кабель Modbus должен содержать 3 проводника в общем экране, два из которых представляют собой витую пару, а тре тий соединяет общие («земляные») выводы всех интерфейсов RS 485 в сети. Общий провод и экран должны быть заземле ны в одной точке , желательно около ведущего устройства. Устройства могут подключаться к кабелю тремя способами: ● непосредственно к магистральному кабелю; ● через пассивный разветвитель (тройник); ● через активный разветвитель, содержащий развязываю щий повторитель интерфейса. Протоколы и сети Modbus и Modbus TCP Виктор Денисенко Таблица 1 Модель OSI для Modbus НОМЕР УРОВНЯ НАЗВАНИЕ УРОВНЯ РЕАЛИЗАЦИЯ 7 Прикладной Modbus application protocol 6 Уровень представления Нет 5 Сеансовый Нет 4 Транспортный Нет 3 Сетевой Нет 2 Канальный (передачи данных) Протокол «ведущий–ведомый». Режимы RTU и ASCII 1 Физический RS#485 или RS#232 © СТА-ПРЕСС