Контроллеры Modbus TCP

Как передаются данные по Modbus TCP

В ПЛК данные связываются с объектами Modbus. Используются четыре основные области:

• Coils - дискретные выходы с возможностью чтения и записи;
• Discrete Inputs - дискретные входы;
• Input Registers - входные измеренные значения;
• Holding Registers - уставки и параметры.

Например, температура может передаваться через Input Register, состояние двигателя — через Discrete Input, а скорость привода — через Holding Register.

Протокол не задаёт смысл регистров, он определяется в проекте. Поэтому при подключении HMI, SCADA или другого ПЛК необходимо согласовать карту регистров, формат данных и права доступа.

Подключение устройств Modbus TCP

В системе участвуют два типа устройств:

• Modbus TCP Client - отправляет запросы на чтение или запись;
• Modbus TCP Server - принимает запросы, выполняет их и возвращает ответ.

Ранее эти роли назывались Master и Slave.

Например, панель оператора может быть Client, а контроллер CREVIS это Server: панель запрашивает данные: температуру, состояние оборудования, показания счётчиков, а ПЛК возвращает значения регистров. При необходимости контроллер сам может выступать Client и опрашивать внешние устройства: приводы, счётчики и модули ввода-вывода. Поддержка этих режимов зависит от конкретной модели.

Контроллеры подключаются к Ethernet-сети напрямую или через коммутатор. В одной сети могут работать ПЛК, HMI, SCADA, удалённые станции ввода-вывода и другие устройства.

Каждому устройству назначается IP-адрес, а коммутаторы позволяют строить разветвлённые сети.

Важно: наличие разъёма RJ-45 не означает поддержку Modbus TCP, он может использоваться и для других протоколов, например EtherCAT, PROFINET или EtherNet/IP.

У некоторых контроллеров CREVIS два разъёма RJ-45 могут относиться к одному Ethernet-интерфейсу и использоваться для последовательного соединения устройств. Например, в GN-9481, GN-9482 и GN-9483 один порт применяется для Ethernet и Modbus TCP, а отдельные порты — для EtherCAT.

Отличия протоколов Modbus TCP и Modbus RTU

Modbus TCP и Modbus RTU используют одинаковую модель данных и похожие команды чтения и записи. Основное различие заключается в способе передачи сообщений: Modbus TCP работает через Ethernet и TCP/IP, а Modbus RTU — по последовательной линии, обычно через интерфейс RS-485.

Modbus TCP обладает более высокой пропускной способностью и удобен для построения разветвлённых сетей. Он позволяет использовать стандартное Ethernet-оборудование и подходит для связи между ПЛК, панелями оператора, SCADA и компьютерами.

Modbus RTU работает медленнее, но остаётся актуальным для подключения полевых устройств по сравнительно недорогой и протяжённой линии RS-485. В одну линию можно последовательно подключить несколько приборов, каждому из которых назначается отдельный Modbus-адрес.

Ни Modbus TCP, ни Modbus RTU не предназначены для жёсткой синхронизации приводов и высокоскоростного управления движением. Для таких задач применяются EtherCAT и другие промышленные сети реального времени.

Сетевой адаптер Modbus RTU позволяет построить отдельную удалённую станцию ввода-вывода и подключить её по RS-485 к другому, главному ПЛК. Главный контроллер должен поддерживать Modbus RTU и работать как Master, а сетевой адаптер CREVIS — как Slave. Адаптер получает данные подключённых модулей и передаёт их ведущему ПЛК, а также принимает команды для выходных модулей.

Сам по себе сетевой адаптер не преобразует Modbus TCP в Modbus RTU. Если главный ПЛК поддерживает только Modbus TCP и не имеет интерфейса RS-485, для подключения станции Modbus RTU потребуется отдельный шлюз Modbus TCP/RTU. Другой вариант — использовать контроллер, в котором одновременно предусмотрены Modbus TCP, Modbus RTU и последовательный интерфейс RS-485.

Для построения удалённых станций Modbus RTU применяются следующие сетевые адаптеры CREVIS:

• GL-9073 — компактный адаптер Modbus RTU/ASCII для модулей серии G;
• GN-9273 — адаптер Modbus RTU/ASCII для подключения до 63 модулей серии G;
• M9273 — адаптер Modbus RTU/ASCII для подключения до 63 модулей серии M;
• MD9273 — резервируемый сетевой адаптер Modbus RTU для серии M.

Контроллеры CREVIS с Modbus TCP

Модель	Исполнение и расширение	Поддерживаемые интерфейсы	OPC и WebVisu	Основные особенности
GL-9971	Серия G, ширина 22 мм, до 10 модулей	Modbus TCP	OPC и WebVisu отсутствуют	Компактный базовый контроллер для небольших станций, которым не требуется Modbus RTU
GL-9972	Серия G, ширина 22 мм, до 63 модулей	Modbus TCP, Modbus RTU, RS-232/RS-485	OPC DA/UA, без WebVisu	Подходит для одновременного подключения Ethernet- и последовательных устройств
GL-9973	Серия G, ширина 22 мм, до 63 модулей	Modbus TCP, Modbus RTU, RS-232/RS-485	OPC DA/UA, WebVisu	Компактный ПЛК с последовательным интерфейсом, OPC и визуализацией через браузер
GL-9974	Серия G, ширина 22 мм, до 63 модулей	Modbus TCP	OPC DA/UA, без WebVisu	Контроллер для Ethernet-систем, в которых нужен OPC, но не требуются Modbus RTU и WebVisu
GL-9975	Серия G, ширина 22 мм, до 63 модулей	Modbus TCP	OPC DA/UA, WebVisu	Старшая компактная модель GL для Ethernet-сетей с OPC и браузерной визуализацией
GL-9981-L	Серия G, ширина 22 мм, до 63 модулей	Modbus TCP, Ethernet, USB	Зависит от реализованного программного обеспечения	Открытый Linux-контроллер для программ на C/C++, шлюзов, локальной обработки данных и собственных сетевых сервисов
GN-9371	Серия G, ширина 54 мм, до 10 модулей	Modbus TCP, Modbus RTU, RS-232/RS-485	OPC и WebVisu отсутствуют	Базовая модель GN для обмена по Ethernet и последовательной линии
GN-9372	Серия G, ширина 54 мм, до 63 модулей	Modbus TCP, Modbus RTU, RS-232/RS-485	OPC DA/UA, без WebVisu	Расширенная модель с OPC, онлайн-изменением, точками останова и передачей файлов
GN-9373	Серия G, ширина 54 мм, до 63 модулей	Modbus TCP, Modbus RTU, RS-232/RS-485	OPC DA/UA, WebVisu	Старшая модель GN-937x с последовательным интерфейсом, OPC и визуализацией
GN-9481	Серия G, ширина 54 мм, до 63 модулей	Modbus TCP, Modbus RTU, EtherCAT Slave	OPC и WebVisu отсутствуют	Базовый программируемый узел для включения локальной станции I/O в сеть EtherCAT
GN-9482	Серия G, ширина 54 мм, до 63 модулей	Modbus TCP, Modbus RTU, EtherCAT Slave	OPC DA/UA, без WebVisu	EtherCAT Slave с локальной программой CODESYS, OPC и расширенными функциями обслуживания
GN-9483	Серия G, ширина 54 мм, до 63 модулей	Modbus TCP, Modbus RTU, EtherCAT Slave	OPC DA/UA, WebVisu	Старшая модель GN-948x с EtherCAT Slave, OPC и визуализацией через браузер
M9371	Серия M, ширина 54 мм, до 63 модулей, горячая замена I/O	Modbus TCP, Modbus RTU, RS-232/RS-485	OPC и WebVisu отсутствуют	Базовый контроллер серии M для систем с повышенными требованиями к обслуживанию
M9372	Серия M, ширина 54 мм, до 63 модулей, горячая замена I/O	Modbus TCP, Modbus RTU, RS-232/RS-485	OPC DA/UA, без WebVisu	Поддерживает OPC, онлайн-изменение, передачу файлов, MQTT, SNMP и SQL
M9373	Серия M, ширина 54 мм, до 63 модулей, горячая замена I/O	Modbus TCP, Modbus RTU, RS-232/RS-485	OPC DA/UA, WebVisu	Старшая модель M937x с полным набором функций и визуализацией CODESYS
ML9973	Серия M, ширина 17,5 мм, до 63 модулей, горячая замена I/O	Modbus TCP, Modbus RTU, RS-232/RS-485	OPC DA/UA, WebVisu	Компактный контроллер серии M с MQTT, SNMP, SQL, передачей файлов и WebVisu

Как выбрать контроллер Modbus TCP

Нужно ответить на следующие вопросы:
• должен ли ПЛК работать как Client, Server или в обеих ролях;
• количество Ethernet-устройств и одновременных соединений;
• необходимость Modbus RTU и наличие интерфейса RS-485;
• количество и типы подключаемых модулей ввода-вывода;
• объём памяти и требуемое быстродействие;
• необходимость OPC UA, WebVisu, MQTT, SNMP или SQL;
• потребность в EtherCAT Slave;
• необходимость горячей замены модулей;
• используемую среду программирования — CODESYS или Linux.

Для обмена с HMI, SCADA и другими контроллерами в новой Ethernet-сети обычно выбирают Modbus TCP. Если в проекте уже используются приборы с RS-485 или требуется протяжённая последовательная линия, дополнительно предусматривают Modbus RTU, сетевой адаптер или шлюз Modbus TCP/RTU.

В каталоге CREVIS представлены контроллеры Modbus TCP серий G и M для локальных и распределённых систем автоматизации. При выборе необходимо учитывать не только протокол связи, но и сетевые роли, состав модулей ввода-вывода и дополнительные функции конкретной модели.