На что следует обратить внимание при создании сети Modbus RTU?
Modbus RTU — это открытый последовательный протокол, основанный на архитектуре ведущий/ведомый (теперь клиент/сервер), изначально разработанной Modicon (теперь Schneider Electric). Это широко распространенный протокол последовательного уровня благодаря простоте использования и надежности. Modbus RTU широко используется в системах управления зданием (BMS) и системах промышленной автоматизации (IAS). В Modbus RTU применяется алгоритм CRC16. Простота этих сообщений обеспечивает надежность. Благодаря этой простоте базовая 16-битная структура регистров Modbus RTU может использоваться для упаковки данных с плавающей запятой, таблиц, текста ASCII, очередей и других несвязанных данных. Этот протокол в основном использует последовательные интерфейсы RS-232 или RS-485 для связи и поддерживается всеми коммерческими программами SCADA, HMI, OPC-серверами и программами сбора данных, представленными на рынке. Это позволяет очень легко интегрировать совместимое с Modbus оборудование в новые или существующие приложения контроля и управления.
RS485 — это протокол, аналогичный RS232, который используется для реализации последовательной передачи данных. Два протокола используют разные электрические сигналы для обеспечения передачи данных. Одной из причин использования интерфейса RS485 в промышленных условиях является его способность обслуживать несколько устройств, подключенных к одной шине. Это устраняет необходимость иметь несколько доступных интерфейсов при запросе нескольких устройств. Это можно сделать, используя терминатор шины, переместив переключатель или прикрутив небольшой резистор к клемме. Необходимо убедиться, что используется правильный интерфейс, поскольку протоколы RS485 и RS232 не полностью совместимы. Вы можете построить шлюз между интерфейсами RS232 и RS485, но обычно вы увидите, что протокол RS485 подключается непосредственно к портам USB или Ethernet. Этот менее дорогой подход устраняет необходимость в использовании каких-либо дополнительных компонентов.
Устройства, использующие порты RS485, обычно используют протокол Modbus и обеспечивают полудуплексную передачу по симметричной линии на расстояние до 1200 м. Полудуплексная система состоит из одного или нескольких передатчиков и приемников, причем одновременно может быть активен только один передатчик. Коммуникация осуществляется передатчиком, делающим запрос, адресованный конкретному приемнику. Затем передатчик ожидает ответа в течение заранее определенного периода времени или решает, что от приемника нет ответа.
Сеть RS485 основана на архитектуре ведущий-ведомый. Ведущий выполняет роль передатчика, отправляя запросы и команды назначенному ведомому устройству, который действует как приемник. Ведущий прослушивает ответ и, если он не получен в течение соответствующего периода времени, прекращает связь. В сети Modbus RS485 связь начинается, когда ведущее устройство отправляет запрос подключенному ведомому устройству. Ведомое устройство тратит свое время на контроль сети на наличие запросов, специально адресованных ему. Когда запрос получен, он либо выполнит действие, либо ответит ведущему. Запросы инициируются только ведущим устройством.
Протокол Modbus позволяет ведущему устройству выбирать между адресацией сообщений конкретным ведомым устройствам или одновременной связью со всеми ведомыми устройствами. Делается это с помощью специального «Broadcast» адреса. Некоторые продукты, такие как Integra и SPR, не поддерживают использование этого широковещательного адреса. Операции чтения и записи отправляются через сообщения Modbus с использованием катушек. Катушка состоит из 16-битных слов и двоичных регистров. Ведомый может только отвечать на полученное сообщение и никогда не инициирует связь с ведущим.
Каждому ведомому устройству, параллельно подключенному к RS485, назначается уникальный идентификатор ведомого устройства Modbus. Все коммуникации Modbus начинаются с отправки идентификатора ведомого устройства, чтобы либо предупредить ведомое устройство о необходимости принять запрос, либо сообщить ведущему, какое устройство предоставило ответ. Точно так же, как работает соединение RS232, ведомые и ведущие устройства должны быть правильно настроены. Такие параметры, как скорость и четность, необходимо синхронизировать по всей сети.
Формат сообщения, используемый в связи Modbus между ведущим и ведомым, определяется в протоколе:
- Запрос Modbus состоит из адреса устройства (или широковещательного), функционального кода, который определяет любое запрошенное действие, данных, возвращаемых вместе с запросом, и поля проверки ошибок.
- Ответ Modbus состоит из полей, подтверждающих выполнение запрошенного действия, данных, отправленных вместе с ответом, и поля проверки ошибок. Ведомое устройство создаст сообщение об ошибке в качестве своего ответа, если оно не сможет выполнить запрос или если ошибки повлияли на получение сообщения.
В режиме Modbus RTU (Remote Terminal Unit) сообщения передаются в другом формате. Здесь 8-битное сообщение содержит два 4-битных шестнадцатеричных символа. Данные, использующие этот режим передачи, должны передаваться непрерывным потоком и обеспечивают лучшую пропускную способность при сравнимой скорости передачи, чем в режиме ASCII.
Терминатор сетевой шины Modbus или NBT
Большинство используемых нами коммуникационных шин рассчитаны на нагрузки сетевой шины (NBT) или также называются End of Line (EoL). Это согласующий резистор линии, используемый для кабеля связи RS485/Modbus RTU. Отражение в линии передачи является результатом скачка импеданса, который наблюдается бегущей волной при распространении по линии. Чтобы свести к минимуму отражения от конца сетевого кабеля, необходимо разместить терминатор линии рядом с каждым из двух концов шины. NBT должен быть установлен на последнем устройстве в петле. Некоторые устройства Sentera оснащены внутренней перемычкой NBT, самые последние разработки предлагают holding регистр Modbus (HR 9), где NBT может быть установлен или не активирован для активации терминатора сетевой линии. Если перемычка NBT или управление регистром отсутствуют на устройстве, между дифференциальной парой следует установить резистор 120 Ом 1/2 Вт.
Инструкции для подключения сети Modbus
Сеть Modbus RS485 RTU соединяет ведущее устройство с одним или несколькими ведомыми устройствами. В дальнейшем мы будем рассматривать ведомые устройства как измерительные приборы с последовательной связью, даже если кабельная разводка одинакова для всех устройств Modbus. 9 основных правил, которые необходимо соблюдать при прокладке такого типа сети:
1. Порт подключения
Каждое устройство имеет коммуникационный порт с двумя сигналами, которые обозначены как A и /B. Эти два сигнала соединяют кабель связи, так что все устройства, участвующие в обмене данными, подключаются параллельно. Все клеммы «A» должны быть соединены вместе, также как и все клеммы «B» должны быть соединены вместе соответственно. Во избежание ошибок при подключении многих устройств, для подключения к клеммам A следует использовать кабели одного цвета, а для всех подключений к клеммам /B кабели другого цвета (например, синий (/ зелено-белый) для A и зеленый (/ сине-белый) для / B). Примечание: Инвертирование соединений «A» и «/B» устройства не только препятствует ему обмениваться данными, но также может привести к прекращению работы всей системы связи из-за неправильного постоянного (поляризованного) напряжения, обнаруженного на клеммах неправильно подключенного устройства. Это облегчает выявление ошибок в кабелях.
2. Связь между устройствами
В отличие от многих систем распределения энергии, важен способ параллельного подключения устройств. Система RS485, используемая для связи Modbus, обеспечивает основной кабель (шина или магистраль), к которому все устройства должны быть подключены с помощью максимально коротких ответвлений. Примечание: общая длина не должна превышать 1200 м! Более длинные ответвления могут вызвать отражения сигнала и создать помехи и, как следствие, ошибки при приеме данных.
3. Максимальное расстояние и максимальное количество устройств
Основной кабель должен быть не длиннее 700 м! Это расстояние не включает ответвления (которые, тем не менее, должны быть короткими). Максимальное количество устройств, которые можно подключить к основному кабелю - 247, включая ведущее устройство. Примечание: При подключении кабелей учитывайте максимальный ток потребления и количество устройств при использовании PoM (питание через Modbus). Всегда сверяйтесь с техническими данными изделий, используемых в сети.
4. Использование повторителей
Для увеличения протяженности сети Modbus, можно использовать повторители, а также устройства усиления и регенерации сигнала, снабженные двумя портами связи, которые передают всем сигнал от предыдущего устройства. С помощью повторителя основной кабель разделяется на разные сегменты, каждый из которых может иметь длину до 700 м и соединять 32 устройства (в это число входят повторители). Максимальное количество повторителей, которые должны быть последовательно соединены - 3. Большее количество приводит к чрезмерным задержкам в системе связи.
5. Тип используемого кабеля
Используемый кабель представляет собой экранированную витую пару, такую как кабель UTP категории 5e или категории 6, но можно использовать другие типы кабелей с эквивалентными характеристиками. Двойник состоит из двух проводников, скрученных между собой. Экранирование может быть плетеным (образовано сеткой из тонких проводящих проволок) или фольгированным (состоящим из листа металла, намотанного вокруг проводников). Примечание: Такое расположение повышает устойчивость к электромагнитным помехам, поскольку кабель образует ряд последовательных катушек, каждая из которых обращена в направлении, противоположном направлению следующей. Таким образом, любое магнитное поле окружающей среды проходит через каждую пару катушек в противоположных направлениях, и его влияние, таким образом, очень уменьшается (теоретически воздействие на каждую катушку прямо противоположно воздействию на следующую, поэтому эффект отменяется).
6. Подключение устройств
В некоторых странах разрешено вставлять два кабеля в одну и ту же винтовую клемму. В этом случае можно подключить основные входные и выходные клеммы непосредственно к клеммам прибора, не создавая ответвления. Если, с другой стороны, каждая клемма может принимать только один кабель, необходимо создать соответствующую ветвь с использованием трех вспомогательных клемм для каждого подключаемого изделия. Проконсультируйтесь с нашими торговыми представителями, чтобы узнать, какой артикул адаптера следует использовать (например, ADPT-3RJ-TB). В случае подключения устройств экранированной витой парой и разъемами RJ45 такой проблемы нет.
7. Заземление экрана
Экран кабеля должен быть заземлен только в одной точке. Обычно это соединение выполняется на одном конце основного кабеля.
8. Конечное сопротивление
Во избежание отражения сигнала на каждом конце основного кабеля необходимо установить оконечное сопротивление 120 Ом. Конечное сопротивление должно использоваться только на концах основного кабеля. Если общая длина основного кабеля менее 50 м, можно не устанавливать оконечные сопротивления на концах основного кабеля.
9. Подключение к ПК или SenteraWeb
Если в качестве ведущего используется персональный компьютер или перед вводом в эксплуатацию необходимо проверить сетевые кабели, преобразователь последовательного интерфейса USB в RS485 (CNVT-USB-RS485-V2) обеспечивает подключение к шине для проверки правильности подключения и функционирования. В случае необходимости подключения к Интернету в сеть Modbus RTU можно вставить артикул Интернет-шлюза в качестве коммуникационного моста для подключения к SenteraWeb. Эта опция дает вам полную свободу подключения к установленным устройствам из любого места. Пожалуйста, проконсультируйтесь с нашими специалистами для получения правильных кодов артикулов.