Anwendungshinweis. MODBUS RTU Master/Slave für XControl-Steuerungen. 03/04 AN2700K24D V1.0 Moeller GmbH, Bonn Autor: O. Weiß

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1 Anwendungshinweis MODBUS RTU Master/Slave für XControl-Steuerungen 03/04 AN2700K24D V1.0 Moeller GmbH, Bonn Autor: O. Weiß Alle Marken- und Produktnamen sind Warenzeichen oder eingetragene Warenzeichen der jeweiligen Titelhalter. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, vorbehalten. Kein Teil dieses Anwendungshinweises darf in irgendeiner Form (Druck, Fotokopie, Mikrofilm oder einem anderen Verfahren) ohne schriftliche Zustimmung der Firma Moeller GmbH, Bonn, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Stand: April 2001 Änderungen vorbehalten.

2 Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeines Funktion Einsatzbereich Hardwarevoraussetzungen und mögliche COM-Ports Softwarevoraussetzung Aufbau Struktur Funktionsbausteine und Parameter MODBUS Master MODBUS Slave Inbetriebnahme Einbindung der MODBUS Ankopplung Arbeitsweise und Bedienung der MODBUS Anbindung MODBUS Master MODBUS Slave Fehlercodes Beispiele Anhang Stecker und Verbindungen der Steuerungen Programmierport XC XIOC-SER COM Port von XVC100, HPG und XC Moeller GmbH AN2700K24D 2

3 1 Allgemeines Bei MODBUS handelt es sich um ein zentral gepolltes Bussystem, bei dem ein Master den gesamten Datenverkehr auf dem Bus steuert und kein Querverkehr zwischen den Slave-Teilnehmern möglich ist. Jeder Datenaustausch wird vom Master per Anforderung initiiert. Ein Slave kann keine Übertragung einleiten, sondern nur auf eine Anforderung mit einer Antwort reagieren. Bei der Entwicklung der Funktionsbausteine wurden die Festlegungen der MODBUS Protocol Reference Guide, PI- MBUS-300 Rev. B, Ausgabe Januar 1985, der Fa. Gould Inc. Andover, Massachusetts, berücksichtigt 1.1 Funktion Der Anwendungshinweis stellt die MODBUS-RTU Master- und Slave-Anschaltung für alle Steuerungen der X-Reihe mit folgenden Optionen zur Verfügung. Function Codes: 1 : Read multiple coil status - Lesen von Bitvariablen (Coils) 2 : Read multiple input status Lesen von Bitvarialben ( Inputs ) *) 3 : Read multiple holding registers Lesen von Wortvariablen (Register) 4 : Read multiple input registers Lesen von Wortvariablen ( Inputs ) *) 5 : Force single coil Schreiben einer Bitvariablen 6 : Force single register Schreiben einer Wortvariablen 8 : Loop back diagnostic test (00: return query data) Verbindungstest 15 : Force multiple coils Schreiben mehrerer Bitvariablen (Coils) 16 : Force multiple registers Schreiben mehrerer Wortvariablen (Register) *) Die Inputs werden wie Coils und Holding Register über Datenfelder realisiert. Die Bausteine greifen nicht unmittelbar auf physikalische Inputs zu. Master: Max. 120 (90 bei XC100 über PRG-Port) Register / 1200 Coils je Auftrag Slave: Frei konfigurierbare Anzahl der Modbus-Daten über globales Variablenfeld. Pro Telegramm können davon max.120 (90 bei XC100 über PRG-Port) Register / 1200 Coils ausgetauscht werden. Als Hardware-Interface zum MODBUS wird die COM1 (PRG-Port) oder je nach Steuerungstyp auch die serielle Baugruppe XIOC-SER eingesetzt. Dabei bedienen die MODBUS-Funktionsbausteine auch die notwendigen Funktionen der COM-Schnittstelle, so daß hier keine zusätzliche Software benötigt wird. Der Anwendungshinweis untersützt auch den Broadcast-Zugriff für die Function Codes 5,6,15 und 16 sowohl bei der Master-, als auch bei der Slave-Implementation. Hierzu adressiert der MODBUS-Master den MODBUS-Slave Einsatzbereich Der Anwendungshinweis wird dort eingesetzt, wo eine Ankopplung an z.b. an ein PLC-System oder auch an eine SPS über MODBUS RTU geforderdert wird. Beachte: Die Reaktions- und Anwortzeiten stehen im Zusammenhang mit SPS- Zykluszeit. Dies ist bei den zeitlichen Anforderungen an die MODBUS-Ankopplung unbedingt zu berücksichtigen. Moeller GmbH AN2700K24D 3

4 1.3 Hardwarevoraussetzungen und mögliche COM-Ports XC100/XV100 ab HW02: XC200/XV200 nur über XIOC-SER: XVC100 HPG XC600 (RTS ab V2.3): COM1 (PRG-Port) COM2,3 (XIOC-SER) COM2,3,4,5 (XIOC-SER) COM1 (PRG-Port) COM1 COM1 1.4 Softwarevoraussetzung XSoft ab V2.3 (ab V für XC200), für XIOC-SER entsprechende Targets 2 Aufbau 2.1 Struktur Die Funktionsbausteine ModbusMaster und ModbusSlave werden jeder für sich in der gleichnamigen Bibliothek zur Verfügung gestellt: ModbusMaster.Lib ModbusSlave.Lib Beachte: Die Bibliothek ist steuerungsspezifisch aus dem entsprechenden Unterverzeichnis zu importieren. Soll eine MODBUS-Slave Ankopplung reallisiert werden, so ist zusätzlich die Exportdatei MODBUSSLAVE_DATASIZE.EXP zu importieren. Hier werden die Modbus-Datenfelder des Slaves dimensioniert. Moeller GmbH AN2700K24D 4

5 2.2 Funktionsbausteine und Parameter MODBUS Master ModbusMaster TIME xenable usicomport uibaudrate usiparity usistopbits usimodslaveadr usimodfc uimoddatoff uimoddatnr tmodtimeout xmodfcstrobe xcomportactiv xmodtransactive xmodtransok usimodslaveadrdone usimodfcdone uimoddatoffdone uimoddatnrdone usimodfailcode ARRAY[1..120] OF WORD ARRAY[ ] OF warmodregister xarmodcoil VAR_INPUT xenable Freigabe der MODBUS-Verbindung usicomport COM-Port: XC100->1,2,3; XC200->2,3,4,5; XVC100/HPG/XC600->1 uibaudrate Baudrate des COM-Ports (4800, 9600, 19200, 38400, 57600) usiparity Zeichenformat Parität: keine -> 0, ungerade -> 1, gerade -> 2 usistopbits Zeichenformat Stopbit: 1, 2 usimodslaveadr Adresse des anzusprechenden MODBUS Slaves usimodfc Funtion Code: 1,2,3,4,5,6,8,15,16 sofern vom Slave unterstützt uimoddatoff Datenoffset im Slave für die zu transferierenden Daten uimoddatnr Anzahl der zu transferierenden Daten (maximal die mögliche Telegrarammlänge) tmodtimeout Timeout für Slave-Antwort xmodfcstrobe Auftrag (FC) starten VAR_IN_OUT warmodregister xarmodcoil MODBUS-Daten: Buffer für empfangene oder zu sendende Register (Holding/Input) MODBUS-Daten: Buffer für empfangene oder zu sendende - Variablen (Coils/Inputs) VAR_OUTPUT xcomportactiv COM-Port wurde erfolgreich geöffnet, MODBUS-Verbindung eingerichtet xmodtransactive MODBUS-Auftrag activ xmodtransok MODBUS-Auftrag erfolgreich abgeschlossen usimodslaveadrdone Zuletzt angesprochener Slave usimodfcdone Function Code des zuletzt ausgeführten Auftrages uimoddatoffdone Slave-Datenoffset für den zuletzt ausgeführten Auftrag uimoddatnrdone Anzahl der beim letzten Auftrag transferierten MODBUS-Daten usimodfailcode Fehlercode des zuletzt ausgeführten Auftrages Moeller GmbH AN2700K24D 5

6 2.2.2 MODBUS Slave ModbusSlave xenable usicomport uibaudrate usiparity usistopbits usimodslaveadr xcomportactiv xframereceived usimodfc uimoddatoff uimoddatnr usimodfailcode ARRAY[1..a *) ] OF WORD ARRAY[1..b *) ] OF WORD ARRAY [1..c *) ] OF ARRAY [1..d *) ] OF warholdingregister warinputregister xarcoil xarinput *) Maximale Anzahl der MODBUS-Daten, konfiguriert in der zu importierenden globalen Variablenliste MODBUSSLAVE_DATASIZE.EXP: a: ModbusSlave_uiMaxHoldingRegister : b: ModbusSlave_uiMaxInputRegister : c: ModbusSlave_uiMaxCoil : d: ModbusSlave_uiMaxInput : VAR_INPUT xenable Freigabe der MODBUS-Verbindung usicomport COM-Port: XC100->1,2,3; XC200->2,3,4,5; XVC100_HPG_XC600->1 uibaudrate Baudrate des COM-Ports (4800, 9600, 19200, 38400, 57600) usiparity Zeichenformat Parität: keine -> 0, ungerade -> 1, gerade -> 2 usistopbits Zeichenformat Stopbit: 1, 2 usimodslaveadr Adresse des MODBUS Slaves VAR_IN_OUT warholdingregister warinputregister xarcoil xarinput VAR_OUTPUT xcomportactiv xframereceived usimodfc uimoddatoff uimoddatnr usimodfailcode VAR GLOBAL CONSTANT ModbusSlave_ uimaxholdingregister MODBUS Daten: Holding Register MODBUS Daten: Input Register MODBUS-Daten: Coils MODBUS-Daten: Inputs COM-Port wurde erfolgreich geöffnet, MODBUS-Verbindung ermöglicht MODBUS-Auftrag erhalten (Impuls) Function Code des zuletzt ausgeführten Auftrages Datenoffset für den zuletzt ausgeführten Auftrag Anzahl der beim letzten Auftrag zu transferierenden MODBUS-Daten Fehlercode des letzten Auftrages Konstanten in der Exportdatei MODBUSSLAVE_DATASIZE.EXP: Dimensionierung der Datenfelder des Slaves Anzahl der MODBUS Holding Register vom Slave Default: 100, Feld (FC) wird nicht benutzt: 1 Moeller GmbH AN2700K24D 6

7 ModbusSlave_ uimaxinputregister ModbusSlave_ uimaxcoil ModbusSlave_ uimaxinput Anzahl der MODBUS Input Register vom Slave Default: 100, Feld (FC) wird nicht benutzt: 1 Anzahl der MODBUS Coils vom Slave Default: 100, Feld (FC) wird nicht benutzt: 1 Anzahl der MODBUS Inputs vom Slave Default: 100, Feld (FC) wird nicht benutzt: 1 3 Inbetriebnahme 3.1 Einbindung der MODBUS Ankopplung Für die Master-Anbindung ist die Bibliothek ModbusMaster.Lib steuerungsspezifisch aus dem entsprechenden Unterverzeichnis zu importieren, der gleichnamige FB ModbusMaster ist aufzurufen und zu parametrieren. Für die Slave-Anbindung wird die Bibliothek ModbusSlave.Lib aus dem steuerungsspezifischen Unterverzeichnis importiert, der FB ModbusSlave wird aufgerufen und parametriert. Außerdem ist bei der Slave-Anbindung noch die Exportdatei MODBUSSLAVE_DATASIZE.EXP zu importieren. Diese legt im Projekt die globale ebenfalls gleichnamige Variablenliste ModbusSlave_DataSize an. In der Liste sind die Größen der benötigen MODBUS Datenfelder als Konstanten einzutragen. Per Default sind alle Felder auf 100 Elemente dimensioniert. Wird ein Feld nicht benötigt, so sollte hier die Konstante 1 eingetragen werden, um den Datenspeicher nicht unnötig zu belasten. Der Slave stellt dem Master nur die hier konfigurierten Elemente zur Verfügung! Beachte: Die in den Bibliotheken ebenfalls vorhandenen Internal Functions werden ausschließlich intern genutzt und sind daher nicht vom Anwender aufzurufen! Pro COM-Port ist nur eine Instanz zulässig, egal ob Master oder Slave! Beim Import der Bibliotheken wird automatisch die steuerungsspezifische COM-Bibliothek mit eingebunden. Diese wird für die Ansteuerung der seriellen Schnittstelle benötigt. Der MODBUS-Funktionsbaustein sollte zyklisch durchlaufen werden um evtl. Timeouts beim Kommunikationspartner zu vermeiden. 3.2 Arbeitsweise und Bedienung der MODBUS Anbindung Mit einer steigenden Flanke auf xenable wird der parametrierte COM-Port (Eingang usicomport) geöffnet und mit den Parametern uibaudrate, usiparity und usistopbits initialisiert. Die Datenbreite ist fest auf 8 Bit (RTU Binary) eingestellt. Die serielle Schnittstelle bleibt so lange offen, wie das xenable-signal auf High liegt. Beim Löschen des Signals wird der COM-Port wieder geschlosssen. Wurde die Verbindung über das Programmierport aufgebaut, so steht die serielle Schnittstelle erst nach dem schließen des COM-Ports wieder für das Programmiergerät zur Verfügung. Geöffnete COM-Ports werden ebenfalls beim Betriebsartenwechsel der Steuerung von RUN nach STOP automatisch geschlossen. Ein High-Signal auf dem Ausgang xcomportactiv signalisiert das erfolgreiche Öffnen des COM-Ports. Die MODBUS Telegrammerkennung erfolgt automatisch MODBUS Master Jeglicher Datenverkehr über den Bus wird vom Master aus initiiert und gesteuert. Ein High-Pegel am Eingang xmodfcstrobe startet den Auftrag, dessen Funktion mit dem am Eingang usimodfc eingetragenen Function Code bestimmt wird. Dabei wird die Kommunikation zu dem MODBUS -Teinehmer aufgenommen, dessen Adresse am Eingang usimodslaveadr parametriert wurde. Abhängig vom Function Code werden die MODBUS -Eingangsparameter unterschiedlich interpretiert: Moeller GmbH AN2700K24D 7

8 uimoddatoff uimoddatnr warmodregister xarmodcoil FC 1 Coil-Quelloffset im Slave Anzahl der Coil-Zielbuffer im angeforderten Coils Master FC 2 Input -Quelloffset im Slave Anzahl der angeforderten Inputs Input -Zielbuffer im Master FC 3 Holding Register- Anzahl der Holding Register- Quelloffset im Slave angeforderten Register Zielbuffer im Master FC 4 Input Register- Anzahl der Input Register- Quelloffset im Slave angeforderten Register Zielbuffer im Master FC 5 Coil-Zieloffset im Slave Coil-Wert im Index [1] FC 6 Holding Register- Register-Wert im Zieloffsett im Slave Index [1] FC 8 Testwert im Index [1] FC 15 Coil-Zieloffset im Slave Anzahl der zu Coil-Quellbuffer im sendenden Coils Master FC 16 Holding Register- Zieloffset im Slave Anzahl der zu sendenden Register Holding Register- Quellbuffer im Master Die Buffer warmodregister und xarmodcoil werden beim Master immer ab dem ersten Index gelesen oder beschrieben (MODBUS -> 1). Die MODBUS -Diagnoseausgänge usi_modslaveadrdone, usimodfcdone, uimoddatoffdone und uimoddatnrdone spiegeln auch im Fehlerfall den aktuellen Kommunikationszustand, d.h. sie quittieren die entsprechenden Eingänge, bzw. geben Auskunft über den Inhalt der Slave-Antwort. Der Ausgang xmodtransactive ist während der Auftragsbearbeitung - d.h. bis die Slave-Antwort da ist - auf High-Level. Ist der Auftrag abgeschlossen, so fällt der Ausgang wieder auf FALSE und xmodtransok wird auf 1 gesetzt falls kein Telegramm-, Protokoll-, Daten- oder anderer Kommunikationsfehler aufgetreten ist. Im Fehlerfall bleibt xmodtransok auf FALSE und der Fehler wird mit dem Fehlercode usimodfailcode beschrieben (siehe auch Abschnitt Fehlercodes ). Antwortet der Slave nicht innnerhalb des eingestellten Timeouts tmodtimeout, so erfolgt auch hier eine entsprechende Fehlermeldung. Die Ausgänge werden mit jedem neuen Auftragsstart refreshed MODBUS Slave Die MODBUS Telegramme des Masters werden nach dem öffnen des COM Ports vom Funktionsbaustein beantwortet. Der Slave verhält sich absolut passiv am MODBUS. Er reagiert ausschließlich auf die Anforderung des Masters. Jedes gültige MODBUS-Telegramm, welches nun am COM-Port eingeht wird durch einen Impuls am Ausgang xframereceived angezeigt. Der Ausgang usimodfc beschreibt den zuletzt vom Master abgesetzten Auftrag. An den Ausgängen uimoddatoff und uimoddatnr kann Startadresse und Datenazahl der empfangenen oder gesendeten Daten abgelesen werden. Zur Diagnose werden diese beiden Ausgänge auch bei einem Telegrammfehler vom Funktionsbaustein aktualisiert. Bei den Function Codes 5, 6 und 8 enthält uimoddatnr den vom Master geschriebenen Wert. usimodfailcode beschreibt wie beim Master auch hier Telegramm-, Daten-, Protokoll- und Übertragungsfehler (siehe siehe auch Abschnitt Fehlercodes ). Moeller GmbH AN2700K24D 8

9 3.3 Fehlercodes usimodfailcode: Telegramm- und Datenfehler, sowie Parametrierungsfehler 00 : Ok 01 : Ungülgtiger Function Code 02 : Ungültige Slave-Datenadresse 03 : Ungültiger Wert 04 : MODBUS Gerätefehler, Telegramm-Längenfehler 10 : Parameter Fehler 11 : Fehler beim Öffnen oder Initialisieren des COM-Ports 12 : CRC Fehler 13 *) : MODBUS Timeout 14 *) : Fehler Slaveadresse 15 *) : Slave antwortet mit falschem FC 16 *) : Slave antwortet mit falscher Anzahl oder Offset der Daten *) Nur bei Master Funktionsbaustein ModbusMaster 3.4 Beispiele Im Unterverzeichnis \Examples befinden sich Programmbeispiele für die Einbindung der Master- und Slave-Ankopplung in Form der Exportdateien MODBUSSLAVEEXAMPLE.EXP und MODBUSMASTEREXAMPLE.EXP. Nach dem Import der gewünschten Datei wird ein entsprechender Unterordner im Projekt angelegt. Hierin befinden sich jeweils die beiden Beispielprogramme ModbusSlaveExampleVis bzw. ModbusMasterExampleVis und ModbusSlaveExampleApp bzw. ModbusMasterExampleApp. Das Programm mit der Endung Vis bedient die ebenfalls enthaltene gleichnamige Visualisierung, mit deren Hilfe der komplette Funktionsbaustein bedient und visualisiert werden kann. Das Programm mit der Endung App zeigt den Aufruf des Funktionsbausteins, so wie er im Standardfall üblich ist - > Parametrierung verschiedener Eingänge über Konstanten. Das Slave-Beispielprogramm zieht ebenfalls die benötigte Export-Datei MODBUSSLAVE_DATASIZE.EXP (mit Default- Einstellungen) nach. Die Exportdateien enthalten keine Steuerungskonfiguration! Moeller GmbH AN2700K24D 9

10 4 Anhang 4.1 Stecker und Verbindungen der Steuerungen Programmierport XC100 Das Programmierport unterstützt die physikalische Schnittstelle RS232 (RJ45 Buchse):! AWB , AWB XIOC-SER Die Baugruppe unterstützt die physikalischen Schnittstellen RS232 (SUB-D 9 male) sowie RS485 / RS422 (COMBICON):! AWA , AWB COM Port von XVC100, HPG und XC600 Die COM1 von XVC100, HPG und XC600 unterstützt die RS232 (SUB-D 9 male):! Weitere Infos in den entsprechenden Handbüchern Moeller GmbH AN2700K24D 10

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