मशीनें कैसे संवाद करती हैं: मोडबस प्रोटोकॉल

एम 2 एम संचार के लिए मोडबस प्रोटोकॉल सबसे आम उद्योग प्रोटोकॉल है। यह एक वास्तविक मानक है और यह औद्योगिक उपकरणों के लगभग सभी निर्माताओं द्वारा समर्थित है।

इसकी बहुमुखी प्रतिभा और खुलेपन के कारण, मानक विभिन्न निर्माताओं से उपकरण के एकीकरण की अनुमति देता है। मोडबस का उपयोग सेंसर से रीडिंग एकत्र करने, रिले और नियंत्रक को नियंत्रित करने, निगरानी आदि के लिए किया जाता है।

लेख में हम प्रोटोकॉल के साथ काम करने के लिए मोडबस प्रोटोकॉल, डेटा प्रारूप, सॉफ्टवेयर के कार्यान्वयन का विश्लेषण करेंगे। आइए व्यवहार में डिवाइस से डेटा पढ़ने की कोशिश करें।

मोडबस का इतिहास

मोडबस को 1979 में मोडिकॉन (अब श्नाइडर इलेक्ट्रिक) द्वारा पेश किया गया था। यह RS-232 इंटरफेस पर एक खुला मानक ऑपरेटिंग था। बाद में, RS-485 और मोडबस टीसीपी इंटरफेस के लिए प्रोटोकॉल कार्यान्वयन दिखाई दिए। प्रोटोकॉल ने तेजी से लोकप्रियता हासिल की, और कई निर्माताओं ने इसे अपने उपकरणों में लागू करना शुरू कर दिया।

बाद में, प्रोटोकॉल के अधिकार गैर-लाभकारी संगठन मोडबस संगठन को स्थानांतरित कर दिए गए, जो आज तक मानक का मालिक है।

मोडबस मानक सीढ़ी तर्क से व्युत्पन्न शब्दावली का उपयोग करता है । इसलिए, उदाहरण के लिए, कुछ रजिस्टरों को कॉइल (अंग्रेजी का तार) कहा जाता है।

शारीरिक स्तर

• RS-232/422/485 उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले सीरियल इंटरफेस हैं। RS-422/485 इंटरफेस 1200 मीटर तक सिग्नल रेंज प्रदान करते हैं। मोडबस आरटीयू / एएससीआईआई प्रोटोकॉल का इस्तेमाल किया
• टीसीपी / आईपी नेटवर्क - किसी भी ईथरनेट इंटरफेस एक भौतिक डेटा ट्रांसमिशन चैनल हो सकता है। मोडबस टीसीपी प्रोटोकॉल का उपयोग करना

तर्क स्तर

मोडबस प्रोटोकॉल अंतर

मोडबस ASCII

डेटा ASCII तालिका के पात्रों के साथ एन्कोड किया गया है और हेक्साडेसिमल प्रारूप में प्रेषित किया गया है। प्रत्येक पैकेट की शुरुआत एक बृहदान्त्र द्वारा इंगित की जाती है, और अंत में गाड़ी वापसी और लाइन फीड द्वारा। यह प्रोटोकॉल को कम सटीक टाइमर के साथ लंबी देरी और उपकरण के साथ लाइनों पर उपयोग करने की अनुमति देता है।

मोडबस आरटीयू

मोडबस आरटीयू प्रोटोकॉल में, डेटा को बाइनरी प्रारूप में एन्कोड किया गया है, और एक समय अंतराल पैकेट विभाजक के रूप में कार्य करता है। यह प्रोटोकॉल देरी के लिए महत्वपूर्ण है और काम नहीं कर सकता है, उदाहरण के लिए, मॉडेम लाइनों पर। एक ही समय में, डेटा ट्रांसफर के लिए ओवरहेड, मोडबस एएससीआईआई की तुलना में कम है, क्योंकि संदेश की लंबाई कम है।

मोडबस टीसीपी

पैकेट संरचना मोडबस आरटीयू के समान है, डेटा को बाइनरी प्रारूप में भी एन्कोड किया गया है, और आईपी नेटवर्क पर ट्रांसमिशन के लिए एक नियमित टीसीपी पैकेट में पैक किया गया है। मोडबस आरटीयू में उपयोग की गई अखंडता जांच लागू नहीं होती है, क्योंकि टीसीपी में पहले से ही अपना अखंडता नियंत्रण तंत्र है।

पैकेज प्रारूप

विभिन्न मोडबस कार्यान्वयन के लिए पैकेज प्रारूप

सभी मोडबस डिवाइस मास्टर-दास मॉडल का अनुसरण करते हैं। अनुरोध केवल मास्टर डिवाइस द्वारा शुरू किए जा सकते हैं, दास केवल अनुरोधों का जवाब दे सकते हैं, और स्वयं डेटा स्थानांतरण शुरू नहीं कर सकते। प्रोटोकॉल कार्यान्वयन के आधार पर, पैकेट हेडर अलग हैं। यहां पैकेज के मुख्य घटक हैं जो जानना महत्वपूर्ण है:

ADU (एप्लिकेशन डाटा यूनिट) - सभी हेडर, PDUs, चेकसम, एड्रेस और टोकन के साथ पूरा मोडबस पैकेज। यह प्रोटोकॉल के कार्यान्वयन के आधार पर भिन्न होता है।

पीडीयू (प्रोटोकॉल डेटा यूनिट) - पैकेज का मुख्य भाग, प्रोटोकॉल के सभी कार्यान्वयन के लिए समान है। इसमें पेलोड शामिल है।

डिवाइस का पता - प्राप्तकर्ता का पता, यानी, गुलाम डिवाइस। 247 डिवाइस तक मोडबस नेटवर्क के एक सेगमेंट में स्थित हो सकते हैं। केवल दासों के अलग-अलग पते होते हैं, गुरु का कोई पता नहीं होता है। पता "0" का उपयोग मास्टर से प्रसारण अनुरोधों के लिए किया जाता है, जबकि दास इन प्रसारण पैकेटों का जवाब नहीं दे सकते हैं।

चेकसम - पैकेट अखंडता एल्गोरिदम। मोडबस आरटीयू और एएससीआईआई चेकसम के 2 बाइट्स का उपयोग करते हैं। मोडबस आरटीयू सीआरसी 16 एल्गोरिथ्म का उपयोग करता है, जबकि मोडबस एएससीआईआई सरल और कम विश्वसनीय एलआरसी 8 का उपयोग करता है। मोडबस टीसीपी में, चेकसम को एडीयू में नहीं जोड़ा जाता है क्योंकि टीसीपी स्तर पर अखंडता की जांच की जाती है।

हम प्रोटोकॉल के प्रत्येक व्यक्ति कार्यान्वयन के लिए विशिष्ट हेडर का विश्लेषण नहीं करेंगे, क्योंकि यह महत्वपूर्ण नहीं है जब अनुप्रयोग स्तर पर प्रोटोकॉल के साथ काम किया जाता है।

मोडबस रजिस्टर और कार्य

एक सरलीकृत रूप में, मोडबस अनुरोध संरचना में एक फ़ंक्शन कोड (रीड / राइट) होता है, और डेटा जिसे पढ़ने या लिखने की आवश्यकता होती है। एक ही समय में, फ़ंक्शन कोड विभिन्न डेटा प्रकारों के लिए भिन्न होते हैं। हम विश्लेषण करेंगे कि रजिस्टर क्या हैं और उनके साथ काम करने के लिए कार्य।

• असतत इनपुट - डिवाइस के असतत इनपुट केवल-पढ़ने के लिए होते हैं। रजिस्टर पते की सीमा: 10001 से 19999 तक। उनके पास एक फंक्शन “02” है - रजिस्टर का एक समूह पढ़ना
• कॉइल - डिवाइस, या आंतरिक मूल्यों के असतत आउटपुट। पढ़ने और लिखने के लिए उपलब्ध है। रजिस्टर पतों की सीमा 20001 से 29999 तक होती है। इसके कार्य हैं: "01" - रजिस्टर का एक समूह पढ़ता है, "05" - एक ही रजिस्टर लिखता है, "15" - रजिस्टर का एक समूह लिखता है
• इनपुट रजिस्टर - 16-बिट डिवाइस इनपुट। केवल पढ़ें। रजिस्टर पते की सीमा: 30001 से 39999 तक। एक फ़ंक्शन है: "04" - रजिस्टर का एक समूह पढ़ें
• होल्डिंग रजिस्टर - 16-बिट डिवाइस आउटपुट, या आंतरिक मान। पढ़ने और लिखने के लिए उपलब्ध है। रजिस्टर पते की सीमा: 40001 से 49999 तक

नामों के बावजूद, इनपुट और आउटपुट वास्तव में आंतरिक चर, स्टोर काउंटर, झंडे, या नियंत्रण ट्रिगर हो सकते हैं। रजिस्टरों की अन्य श्रेणियां भी हैं, लेकिन अधिकांश उपकरणों का उपयोग नहीं किया जाता है, इसलिए हम चार मुख्य प्रकार के रजिस्टरों पर विचार करेंगे। अलग-अलग डिवाइस रजिस्टर की विभिन्न श्रेणियों का उपयोग कर सकते हैं, या सभी एक ही बार में।

काम के उदाहरण

मोडबस टीसीपी प्रोटोकॉल के साथ काम करने के एक उदाहरण के लिए, हम रूबी में लिखे गए सरलतम कंसोल उपयोगिता मोडबस-क्ली का उपयोग करेंगे। इससे मोडबस रजिस्टरों के डेटा को पढ़ना और लिखना आसान हो जाता है।

आइए एक औद्योगिक स्विच Advantech EKI-5524SSI पर प्रेषित पैकेट के काउंटरों की स्थिति को पढ़ने का प्रयास करें। पहले आपको रजिस्टरों के पते निर्धारित करने की आवश्यकता है जो आवश्यक जानकारी संग्रहीत करते हैं, इसके लिए हम डिवाइस प्रलेखन को देखते हैं । रजिस्टर विवरण मोडबस मैपिंग टेबल अनुभाग में स्थित हैं:


ईकेआई स्विच प्रलेखन में रजिस्टर मूल्यों का विवरण

यह देखा जा सकता है कि एक बंदरगाह के लिए प्रेषित पैकेटों का मूल्य चार रजिस्टरों में संग्रहित किया जाता है, और पहले पोर्ट के लिए ये 38197 38197 के माध्यम से रजिस्टर होते हैं। एक विवरण डाटा स्टोरेज प्रारूप का भी दिया गया है, जिसमें से निम्नानुसार है कि प्रेषित पैकेटों की पूर्ण संख्या हेक्साडेसिमल प्रारूप में संग्रहीत है, और 11223344 पैकेटों का मूल्य होगा। 0xAB4130 के रूप में लिखा है, दाएं से बाएं।

एक अनुरोध करें:

$ modbus read 192.168.0.17 38193 4 38193 0x0000 38194 0x0000 38195 0x0000 38196 0x3459 

रीड एक रीड कमांड है। कार्यक्रम खुद ही समझता है कि रजिस्टर के पते के आधार पर कौन सी विशिष्ट रीड कमांड का उपयोग करना है, हमारे मामले में "04" कमांड का उपयोग 16-बिट रजिस्टरों को पढ़ने के लिए किया जाएगा।

192.168.0.17 - डिवाइस का आईपी पता।

38193 - रजिस्टर का शुरुआती पता।

4 - प्रारंभ पते के सापेक्ष ऑफसेट। हम पोर्ट 1 के लिए चार रजिस्टर पढ़ते हैं, जैसा कि डेटाशीट से आता है।

हमें चार रजिस्टरों के मान वाले उत्तर मिलते हैं। हम देखते हैं कि पैकेट की संख्या छोटी है: 0x3459, यानी 13401, - हाल ही में स्विच चालू किया गया था।

मोडबस प्रोटोकॉल के नुकसान

निष्पक्षता में, यह प्रोटोकॉल की कमियों का उल्लेख करने योग्य है। चूंकि यह 40 साल से अधिक समय पहले विकसित किया गया था, जब प्रोसेसर का प्रदर्शन काफी कम था और डेटा सुरक्षा को ध्यान में रखे बिना प्रोटोकॉल विकसित किए गए थे, इसमें कई प्रकार के minuses हैं:

• प्रोटोकॉल प्रेषित डेटा का प्रमाणीकरण और एन्क्रिप्शन प्रदान नहीं करता है। इसलिए, मोडबस टीसीपी का उपयोग करते समय, अतिरिक्त वीपीएन सुरंगों का उपयोग किया जाना चाहिए।
• दास डेटा ट्रांसफर की पहल नहीं कर सकता है, इसलिए मास्टर को लगातार दासों को मतदान करना चाहिए
• दास डिवाइस मास्टर के साथ संबंध के नुकसान का पता नहीं लगा सकता है। यह समस्या सीधे पिछले एक से है।

हालांकि, सभी कमियों के बावजूद, मोडबस अभी भी सबसे आम औद्योगिक प्रोटोकॉल है, और इसके खुलेपन के लिए धन्यवाद, विभिन्न निर्माताओं से उपकरणों को संयोजित करना आसान बनाता है। कम संसाधन आवश्यकताएँ प्रोटोकॉल को सबसे कम-शक्ति वाले उपकरणों में एकीकृत करने की अनुमति देती हैं।

मोडबस सक्षम हार्डवेयर

एडाप्टेक किसी भी कार्य के लिए मोडबस प्रोटोकॉल समर्थन के साथ औद्योगिक उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है: स्वचालन, नियंत्रण, डेटा संग्रह और प्रसारण।

ADAM-6000 और WISE-4000 - रिमोट I / O मॉड्यूल

ADAM-6000 और WISE-4000 श्रृंखला के मॉड्यूल आपको मॉडेम टीसीपी प्रोटोकॉल का उपयोग करके डिजिटल और एनालॉग इनपुट / आउटपुट को दूरस्थ रूप से नियंत्रित करने की अनुमति देते हैं। परिधीय उपकरणों को नियंत्रित करने और दास मोड में डेटा एकत्र करने के लिए उपयोग किया जाता है। उन्हें प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर के साथ जोड़ा जा सकता है, या सीधे SCADA सर्वर से जोड़ा जा सकता है। ⠀⠀⠀⠀⠀ with with with with with ⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀ ⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀

EKI-1200 - इंटरफ़ेस रूपांतरण के लिए मोडबस गेटवे

मोडबस आरटीयू / एएससीआईआई प्रोटोकॉल को मोडबस टीसीपी में बदलने के लिए, मोडबस गेटवे का उपयोग किया जाता है। EKI-1200 श्रृंखला के उपकरणों में चार सीरियल RS-232/422/485 इंटरफेस और दो ईथरनेट पोर्ट तक होते हैं। वे आपको विभिन्न प्रोटोकॉल वाले उपकरणों को एक नेटवर्क में संयोजित करने की अनुमति देते हैं। उदाहरण के लिए, एक गुलाम डिवाइस को कनेक्ट करें जो केवल मोडबस आरटी -485 इंटरफ़ेस के माध्यम से मोडबस टीसीपी नेटवर्क सेगमेंट का समर्थन करता है।

APAX-5000, ADAM-3600, WISE-5000 - स्वचालन नियंत्रक

कंट्रोलर मोडबस आरटीयू को दास / मास्टर और मोडबस टीसीपी क्लाइंट / सर्वर के रूप में कार्य करता है।

आवेदन उदाहरण

ग्रीनहाउस निगरानी प्रणाली

एडाप्टेक मॉनिटरिंग सॉल्यूशन, TPC-1070H, ADAM-6024, ADAM-6050, ADAM-6060, और फार्मलैंड के बगल में एक मशीन कैबिनेट में WebAccess सॉफ्टवेयर को एकीकृत करता है। विभिन्न संवेदनशील उपकरणों से जुड़कर, ADAM-6000 मॉड्यूल वास्तविक समय के पर्यावरणीय डेटा और मॉनिटरिंग उपकरण प्राप्त कर सकते हैं ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि ग्रीनहाउस संयंत्र के विकास के लिए इष्टतम वातावरण में है। Analytics की विशेष सुविधा, आलेखीय स्थिति तर्क (GCL) के लिए धन्यवाद, उपयोगकर्ता अपने स्वयं के नियंत्रण तर्क नियमों को परिभाषित कर सकते हैं और इन नियमों को ADAM-6000 ईथरनेट I / O मॉड्यूल में लोड कर सकते हैं, और फिर मॉड्यूल स्टैंड-अलोन मॉड्यूल जैसे तार्किक नियमों को स्वचालित रूप से निष्पादित करते हैं। नियंत्रक। एक अन्य विशेषता - पीयर-टू-पीयर (पी 2 पी) सबसे खुले और लचीले ईथरनेट नेटवर्क का उपयोग करता है जो न केवल एक नियंत्रक के बिना कार्यान्वयन की प्रक्रिया को सरल बनाता है, बल्कि हार्डवेयर लागतों को भी बचाता है।

सभी प्राप्त डेटा को तब टीपीसी -1070 एच टच पैनल के साथ ईथरनेट के माध्यम से एक कंप्यूटर पर प्रेषित किया जाता है। IP65 के साथ एक कट्टर शीतलन प्रणाली और फ्रंट पैनल अनुपालन की विशेषता, TPC-1070H एक बीहड़ और कॉम्पैक्ट डिजाइन है जो बदलते ऑपरेटिंग वातावरण के लिए उपयुक्त है, और इसकी शक्तिशाली कंप्यूटिंग क्षमताएं बड़ी मात्रा में डेटा को संभाल सकती हैं। डिवाइस प्रबंधन के लिए, एड्वेंचरटेक वेबअटैब इंजीनियर या प्रबंधकों को किसी भी डिवाइस से मानक वेब ब्राउज़र का उपयोग करके इंट्रानेट या इंटरनेट के माध्यम से निगरानी प्रणाली को देखने, मॉनिटर करने और कॉन्फ़िगर करने की अनुमति देता है।

सौर जल तापन प्रणाली की निगरानी करना

इंजीनियरिंग कंपनी को अपने नए विकसित सौर पैनल द्वारा प्रदान किए जाने वाले ओलंपिक आकार के पूल के लिए सौर ऊर्जा संचालित जल तापन प्रणाली में सौर ऊर्जा, तापमान और जल प्रवाह की मात्रा को नियंत्रित करने में सक्षम होना चाहिए था। उन्हें एलसीडी पैनल पर इन मूल्यों और उनके अलार्म को सीधे मॉनिटर करने और भविष्य के संदर्भ के लिए इन मूल्यों को संग्रहीत करने में भी सक्षम होना चाहिए।

एडेप्टेक एडम मॉड्यूल्स ने ग्राहक को एक ऐसा समाधान प्रदान किया, जो सभी सेंसर के साथ डेटा संचारित करने के लिए RS485 और दो-तार बस के माध्यम से जुड़े डेटा अधिग्रहण मॉड्यूल का उपयोग करता है। इस सिस्टम आर्किटेक्चर के दो मुख्य लाभ हैं: सबसे पहले, यह आपको किसी भी समय डेटा संग्रह मॉड्यूल में अधिक सेंसर जोड़ने की अनुमति देता है, और दूसरी बात, पीसी पर इन मूल्यों की निगरानी और रिकॉर्डिंग के लिए सॉफ़्टवेयर में अतिरिक्त टैग जोड़ना बहुत आसान है।