Обмен данными по протоколу ModBus (ПРИЛОЖЕНИЕ Е)

Счетчик может быть настроен для связи в Modbus сетях, использующих один из следующих режимов: ASCII (Американский Стандартный Код для Информационного Обмена) или RTU (Периферийное устройство).

Пользователь выбирает необходимый режим вместе с другими параметрами связи: скорость передачи, паритет, количество стопбит, задается коммуникационный адрес и задержка ответа.

Запрос может адресоваться индивидуально к счетчику или широковещательно на все подключенные счетчики. Счетчик возвращает сообщение в ответ на запрос, адресуемый именно ему. На широковещательный запрос ответ не возвращается.

Е.1 Канальный уровень протокола ModBus

Сообщение – запрос главного или ответ счетчика содержит 4 поля: коммуникационный адрес счетчика, код функции, байты данных, контрольный блок.

Допустимый размер сообщения на прием составляет 126 байт, на передачу 198 байт без учета поля контрольного блока.

Максимальное время начала ответа счетчика составляет не более 90 мс с момента определения конца фрейма запроса. Задержка ответа задает минимальный интервал времени начала ответа счетчика.

Если счетчик не начал ответ через 90 мс это означает, что он принял сообщение с ошибкой.

Пауза после передачи широковещательного сообщения должна быть более 90 мс.

Для режима RTU признак окончания фрейма - длительность "тишины" в канале 3,5 байта, а для скоростей 19200 бод и выше "тишина" составляет 2мс. Контрольный блок содержит два байта циклической контрольной суммы CRC-16-IBM по полиному A001h и начальной инициализацией FFFFh. Расчет CRC выполняется для всех байт сообщения и добавляется вслед за полем данных, младшим байтом вперед.

Для режима ASCII начало фрейма - символ ":" , конец фрейма - пара символов <CR><LF>, пауза между символами в канале не более 1 секунды. Контрольный блок содержит 8-и битовую величину, являющуюся результатом вычисления LRC - двойное дополнение алгебраической суммы байт содержания сообщения без учета переноса и начальной инициализацией 00h.

Каждый байт сообщения передается потетрадно двумя символами ASCII, старшая тетрада передается первой.

Е.2 Функциональный уровень протокола ModBus

Modbus относится к протоколам прикладного уровня сетевой модели OSI. Абоненты на шине Modbus взаимодействуют, используя клиент-серверную модель, основанную на транзакциях, состоящих из запроса и ответа.

Е.2.1 Допустимый адрес передачи запроса находится в диапазоне 0 - 247. Каждому счетчику присваивается адрес в пределах от 1 до 247. Счетчики отвечают только на запросы, поступившие в их адрес. Ответ начинается с адреса отвечающего счетчика. Адрес 0 предназначен для передачи широковещательного сообщения.

Е.2.2 Код функции - однобайтовое поле, имеет значение в диапазоне 1…127. При ответе счетчик использует поле кода функции для фиксации ошибки. В случае нормального ответа счетчик повторяет оригинальный код функции. Если имеет место логическая ошибка, возвращается код функции с установленным в 1 старшим битом – ответ исключения.

При ответе исключения в поле данных помещается байт содержащий код исключения, Таблица Е.1.

Е.2.3 Поле данных в сообщении от главного к счетчику содержит информацию, которая необходима счетчику для выполнения указанной функции. Оно может содержать адреса регистров, их количество, счетчик передаваемых байтов данных, данные для записи.

Поле данных при нормальном ответе счетчика содержит результат выполнения запрошенной функции.

Данные передаются регистрами размером 2 байта. Старший байт регистра передается первым.

Е.2.4 Значения параметров занимающих более одного регистра передаются младшим регистром вперед, за исключением символьных строк и специальных форматов.

Пример: число 1 007 847 999 (дес) = 3C12 8A3Fh (int32), передается сначала 8A3Fh, затем 3C12h.

Кодировка значений в формате с плавающей запятой (float32) соответствует стандарту IEEE 754.

Пример: число - 123.456 (дес) = C2F6 E979h (float32), передается сначала E979h, затем C2F6h.

Символьные строки содержат число символов кратно 2 и должны быть переданы полностью. Количество требуемых регистров для строки в 2 раза меньше числа символов. Признак конца символьной строки размером меньше максимального - байт равный 0.

Пример: строка 8 символов "AbmD3"0x0, передается 4162h, 6D44h, 3300h, ZZZZh.

Е.2.5 Парольная сессия открывается на требуемое число нормальных транзакций (нормальных ответов на запросы) и ограничена интервалом времени отсутствия запросов.

Для открытия парольной сессии необходимо запросить у счетчика случайное 32-битное число (два регистра с адреса 0004h), являющиеся входным значением для расчета 32-битного хэш-кода. Хэш-код - результат вычисления циклической контрольной суммы (по полиному 04C11DB7 hex) сделанного над содержанием строки пароля (символы до ограничителя, байт=0). Хэш-код и требуемое число транзакций записываются в три регистра счетчика с адреса 0006h.

Интервал отсутствия запросов задается временем активности интерфейса, регистр 090Eh (090Fh) для порта COM1 (COM2).

Парольная сессия закрывается:

• по окончанию счета транзакций;

• при записи требуемого числа транзакций равным 0;

• по истечении времени активности интерфейса.

Е.2.6 Доступ к регистрам осуществляется в зависимости от спецификации регистра и установленной конфигурации режима счетчика.

Конфигурация режима для чтения:

• Сброшенный бит 4 регистра 0907h определяет беспарольное чтение всех параметров;

• Установленный бит 4 регистра 0907h определяет необходимость парольной сессии для чтения параметров;

• Установленные биты регистра 0918h определяют беспарольный доступ к группам параметров - спецификация "Чт" в таблице Е.1, независимо от состояния бита 4 регистра 0907h.

• Установленные биты регистра 0919h определяют беспарольный доступ (при установленном бите 15 регистра 0918h) к группам параметров в соответствии с таблицей Д.6, независимо от состояния бита 4 регистра 0907h.

• Установленные биты регистра 091A (091C, 091E) определяют доступ для чтения по паролю №2 (№3, №4) к группам параметров - спецификация "Чт" в таблице Е.2.

Конфигурация режима для записи:

• Сброшенный бит 0 регистра 0907h определяет необходимость нажатия пломбируемой кнопки "ДСТП" для записи параметров;

• Установленный бит 0 регистра 0907h – запись разрешена без нажатия кнопки "ДСТП" (используется для систем учета);

• Запись по паролю №1 (Администратор) разрешена для всех групп параметров.

• Установленные биты регистра 091Bh (091Dh, 091Fh) определяют доступ для записи по паролю №2 (№3, №4) к группам параметров - спецификация "Зп" в таблице Е.2.

Е.3 Функции контроля и обработки данных

В счетчике используются 4 функции протокола ModBus.

• 03h "чтение последовательности регистров" – чтение всех данных счетчика, кроме профилей;

• 10h "запись последовательности регистров" – запись параметров настроек и конфигурирования счетчика;

• 14h "чтение расширенной памяти" – чтение значений профилей накопления;

• 17h "чтение/запись последовательности регистров" – чтение данных счетчика, определенных в спецификации регистров для записи.

Е.3.1 03 (03 Hex) – чтение последовательности регистров.

Сообщение запроса специфицирует начальный регистр и количество регистров для чтения. Нормальный ответ содержит количество байт и байты данных регистров.

Значения регистров в ответе передаются как два байта на регистр. Для каждого регистра, первый байт содержит старшие биты, второй байт содержит младшие биты.

Количество регистров для чтения, вместе с другими полями в ответе, не должно превышать допустимую длину сообщения: 198 байт.

Адреса и форматы регистров приведены в таблице Е.2.

Е.3.2 16 (10 Hex) – запись в последовательность регистров.

Сообщение запроса специфицирует начальный регистр, количество регистров для записи, количество байт и байты данных. Нормальный ответ содержит начальный адрес и количество записанных регистров.

Значения регистров для записи передаются как два байта на регистр. Для каждого регистра, первый байт содержит старшие биты, второй байт содержит младшие биты.

Количество регистров для записи, вместе с другими полями в запросе, не должно превышать допустимую длину сообщения: 126 байт.

Адреса и форматы регистров приведены в таблице Е.2.

Е.3.3 20 (14 Hex) – чтение расширенной памяти

Возвращает содержание регистров файла расширенной памяти - профиля. Функция может читать несколько групп. Группы могут быть разделены, но посылка внутри каждой группы должна быть непрерывной.

Запрос специфицирует одну или несколько групп для чтения. Каждая группа определяется в поле "суб-запроса" которое содержит 7 байт:

- Тип ссылки: 1 байт (должен быть специфицирован как 6)

- Номер файла расширенной памяти (профиля): 2 байта (от 1 до 16)

- Начальный адрес регистра внутри файла: 2 байта

- Количество регистров для чтения: 2 байта.

Нормальный ответ состоит из серии суб-ответов, один на каждый суб-запрос.

Пример: чтение двух групп со счетчика 45, группа 1 содержит два регистра из профиля 4, начиная с регистра 002Eh, группа 2 содержит три регистра из профиля 12, начиная с регистра 1A32h.

Количество регистров для чтения, вместе с другими полями в ответе, не должно превышать допустимую длину сообщения: 198 байт.

Адреса и форматы регистров профиля приведены в таблице Е.3.147

Е.3.4 23 (17 Hex) – чтение/запись последовательности регистров.

Возвращает содержание регистров параметров специфицированных записываемыми данными. Функция может читать несколько параметров. Количество возвращаемых регистров должно соответствовать общему числу регистров параметров определенных записываемыми условиями. Адреса начальных регистров чтения и записи всегда 0000h.

Запрос записи специфицирует один или несколько параметров для чтения. Каждый параметр определяется в поле "субзапроса" которое содержит 3 регистра или 6 байт:

• Адрес параметра: 2 байта;

• Условия вывода значений параметра: 2 байта;

• Критерий вывода значений параметра: 2 байта.

Нормальный ответ состоит из последовательности регистров соответствующих структур запрошенных параметров.

Е.4 Форматы данных для обмена по интерфейсу ModBus.

ВНИМАНИЕ!!! Полное описание протокола обмена данными для счётчика электроэнергии см. в PDF версии руководства по эксплуатации.