MODBUS

[Mateev]

MODBUS е стандартен протокол за комуникация между електронни устройства, който е създаден именно за целите на автоматизацията още в далечната 1979 година от фирма MODICON. Към днешна дата този протокол е собственост на фирма Schneider Electric и масово се използва в нейните контролери. Протокола е отворен, публичен и към днешна дата е най-масовият протокол, който се използва от милиони устройства, произведени от стотици хиляди фирми по целия свят. Физически носител на MODBUS пакетите първоначално е бил интерфейса RS-232, а впоследствие и RS-485. Към днешна дата MODBUS масово се използва върху TCP-IP по LAN, WAN, Wi-Fi, GSM, GPRS и всички други съвременни високоскоростни транспортни протоколи и линии за връзка.

MODBUS е сравнително прост протокол за комуникация, но именно неговата простота го е направила толкова масов по целия свят. Този протокол представлява особен интерес за нас, занимаващите се с ВЕИ и Енергетика, защото почти всички видове съвременни самоуважаващи се електромери и анализатори на енергия използват именно този протокол. Респективано този протокол се поддържа от милиони програми по целия свят, които четат, записват или логват данни от външни устройства, които визуализират в реално време или управляват в реално време разни домашни или промишлени процеси. Много други протоколи са измисляни след MODBUS и много други контролери са измислени и са завоювали световно господство, но всичките те почти без изключение поддържат и MODBUS. Любимите на мене SIEMENS контролери също поддържат MODBUS посредством готовонаписани подпрограми (библиотеки). MODBUS се поддържа и от всяка една SCADA система по света и от всеки един развоен софтуер за SCADA системи, включая и WinCC на Siemens и разбира се лидера NI LabView. Повечето стандарти OPC сървъри също поддържат MODBUS драйвери.

Въобще MODBUS се радва на едно изключително широко присъствие по целия свят и на поддръжка от едва ли не всеки един софтуер или хардуер по света в областта на автоматизацията. Това е леснообяснимо предвид факта, че всеки един компютър по света има RS-232 интерфейс, и написването на MODBUS драйвер е едва ли не детска играчка за всеки един програмист. Няма как при това положение да не му обърнем и ние специално внимание, и да си изясним как с негова помощ бързо и лесно можем да си решим различни проблеми от домашната или промишлената автоматизация.

[Mateev]

Съвсем накратко какво представлява този протокол:

Този протокол осигурява Клиент-Сървър комуникация между различни устройства, като обикновенно Сървъра е вашият компютър или някой мощен промишлен контролер, а всички останали устройства в MODBUS мрежата са клиенти. Те само "слушат" трафика по мрежата и не се намесват до тогава, докато не засекат някой пакет, насочен лично към тях (има в него техния персонален адрес). При появата на такъв пакет те го декодират и изпълняват и след това отговарят. И после отново млъкват, чакайки следващата команда, насочена към тях.

Какво представлява този пакет?
Ами в него има:
1. Адрес на устройството
2. Функция, която трябва да се изпълни
3. Данни, касаещи тази функция
4. Контролна сума, гарантираща целостта на данните в пакета.

Функциите са само два вида - запиши нещо в даден регистър (един или повече) или прочети и ми върни данните от даден регистър (един или повече). Това е - просто като гъбена чорба. Регистрите се делят на входни или изходни, цифрови или аналогови. Това е. Четене на входен регистър обикновенно означава проверка на състоянието на някой цифров или аналогов вход. Запис в изходен регистър обикновенно означава щракни някое реле или запиши някаква аналогова величина в аналогов изход. При електромерите обикновено се четат различни видове регистри за напрежения, токове, мощности, енергии, честоти и т.н, а при запис обикновено се променят конфигурационни параметри или се сверява точното време.

[Mateev]

Когато даден производител направи дадено свое устройство MODBUS съвместимо, обикновенно след това той публикува документация на кой адрес какъв регистър е разположил, какви са данните в този регистър (Boolean, Byte, Word, Long, Short, Float и т.н.), и дали може само да се чете или може и да се записва в него. Тази информация обикновенно е напълно достатъчна човек да си настрои програмата или контролера за комуникация с това устройство, да натисне Enter и връзката да заработи без проблеми.

Хубавото на MODBUS протокола е, че той не те привързва към устройствата на даден производител. В една и съща MODBUS мрежа могат да присъствуват всякакви устройства от всякакви производители, и всичките те да работят задружно и безпроблемно да се разбират едно с друго.

[Mateev]

Едно от интересните за нас устройства, което е MODBUS съвместимо, е SMA Sunny WebBox. Има го едва ли не всяка една слънчева централа по света, изградена с инвертори на SMA. Както вече предполагам знаете, достъпа до Sunny WebBox става по LAN мрежата - вътрешнофирмената или директно от публичния Internet. Интересното в случая е, че MODBUS протокола не притежава средства за аутентификация (логване с UserName и Password), така че посредством MODBUS спокойно можете да искате данни от всеки един WebBox по света, стига да му знаете IP адреса и порта, на който е настроен да слуша за MODBUS заявки.

Добрата новина е, че бързо и лесно можете да си организирате достъп до собствения или до чужд WebBox, и да получавате данни в реално време. Лошата новина е, че SMA сравнително късно се усети да прави MODBUS съвместимост на своите устройства и инвертори, в резултат на което данните, които ще получавате, са ограничени. Например самият WebBox може да дава данни само за общото дневно или тотално електропроизводство на цялата централа и нищо повече. Ако искате достъп до данните на всеки един инвертор, WebBox-а може да ретранслира вашата заявка директно до инвертора, но отговор ще получите само ако инвертора е от серията Sunny Tripower или Sunny Central. Инверторите Sunny Boy и Sunny Mini Central не поддържат MODBUS, което е много жалко. Същото важи и за MTO данните от Sunny Sensor Box - MODBUS поддържат само най-новите версии на това устройство.

Всъщност кои точно устройства и инвертори от вашата централа поддържат MODBUS можете да видите от менюто MODBUS на WEB интерфейса на самия WEBBox. Това меню се появява след ъпдейт с версия 1.53. Там в това меню автоматично се появяват инвертори или Sensor Box-ове, и техните адреси, започвайки от 3,4 и така нататък. Адреси 1 и 2 са запазени за самия WebBox. Устройствата, които се появят в това меню, могат да бъдат разпитвани по MODBUS протокол за техните моментни стойности на напрежения, токове, мощности, енергии и т.н.

[Mateev]

Във файла по-долу публикувам документацията на SMA относно тяхната концепция за MODBUS комуникациите на Sunny WebBox, както и адресите на регистрите, от които можете да прочетете една или друга информация от WebBox-а или от някой инвертор или Sensor Box.

WEBBOX-MODBUS-TB-en-18.pdf

MODBUS комуникация на SMA WebBox, Sensor Box и инвертори

(1.69 MiB) 1120 пъти

Аз лично тествах тези комуникации, като използвах две различни програми - OPC сървъра на NI LabView и програмата Data Logger Suite, която има модул за директен MODBUS достъп без OPC сървър. Специално тази програма ми се видя многообещаваща предвид огромното количество екстри и много добрата концепция за обработка на потоци от данни, както и сравнително ниската цена за закупуване на лиценз. Поиграх си с TRIAL версията. Естествено не се получи от раз и ми костваше много нерви, време и главоболия, но хубавите неща не стават от раз, особенно когато се пробват за първи път.

Ако някой друг от вас знае някоя друга програма, особенно такава с кракнат сериен номер или лиценз - нека да я посочи.

[Mateev]

Следващият сладур-електромер, който поддържа MODBUS е този:

Elnet MC - User Manual.pdf

12-канален електромер

(637.17 KiB) 1198 пъти

Много е готин и сравнително евтин предвид възможностите, които притежава. Говорим за 12 пълноценни 3-фазни електромера в един корпус с Ethernet интерфейс и MODBUS комуникация, с която практически няма никакви проблеми. За няма час настроих всичките над 10 000 канала на 12-те електромера. Чудо - работи и пее. Използвах OPC сървъра на Ni LabView, a таговете на каналите си ги направих на Excel масово ползвайки Copy/Paste, и после ги експортнах в CSV, което го импортнах в OPC сървъра. Всичко тръгна от раз. Електромера явно е с мощен процесор, защото отговаря светкавично, независимо от това че го тормозя със стотици заявки в секунда за данни от хиляди канали.

В завода имаме 5-6 такива електромера и никога досега не съм си представял, че тегленето на данни от тях в реално време може да става толкова лесно. В момента вече планирам масово използване на този електромер под път и над път у дома и в поделенията на холдинга.

[Foton]

Виж Circutor NRG96 (по RS485) или Siemens PAC3200 (по TCP/IP).
Има и по скъпи решени, например серията PM800 на Schneider Electric.

[Mateev]

Посоченият от мене електромер е възможно най-евтиния, който в същото време осигурява всички възможни мерения и екстри (без хармониците). Цената на един трифазен канал излиза някъде около 200 лева, което си е цяло чудо предвид невероятната функционалност.

Иначе за Siemens Sentron PAC 3200 и 4200 мислех да пиша и аз - това щеше да е следващия ми постинг. Много са добри, особенно този 4200, който буквално си е една цяла измервателна лаборатория, измерваща неща, за които човек дори и не си е помислял. Но цената на 4200 гони двете хиляди лева, което си е доста солено за един единствен трифазен електромер. Цената на 3200 също не е розова, а с нищо не е по-добър от този, който показах в по-горния постинг, освен разбира се по-големия екран.

Аз лично съм си купил от eBay една бройка от 4200 и 8 бройки от 3200, като всичкото това + още 5-6 броя от 12-каналните ще го натъпча из имота ей-така за кеф и за да мога после да опиша тука на форума как изглежда и как се прави една система за енергиен мониторинг. Предполагам вече си разбрал, че аз лично обичам всичко да го проверявам лично и да допускам грешките върху мене си, и чак след това да започвам да пиша по форума. Умолявам и другите да правят така и да пишат за лично проверени неща, а не да си правят вятър на устата, гледайки картинки по проспектите.

[Mateev]

Предполагам вече разбра, че аз подбирам само електромери с Ethernet порт. Само те са в състояние да дават огромен поток от информация за кратко време. Тези, които комуникират само по RS-485, са ограничени от скоростта на самия канал, и освен това изискват допълнителен хардуер, с който да кача трафика на LAN или WAN мрежа.

Едно е да искаш от електромера да ти дава една единствена енергия веднъж на 5 минути, и съвсем друго е всичките 500 или 1000 или дори 5000 канала (при 12-каналния електромер) да ги искам да идват при мене веднъж в секундата или дори по-често, при това от 1000 километра разстояние. Така че аз лично уважавам и използвам само LAN електромери.

[Mateev]

Във файла по-долу публикувам работната ми версия на OPC таговете на 12-каналния електромер. В първия шеет е оригиналната таблица на производителя ELNet с MODBUS адресите на различните негови електромери. 12-каналния, за който писах по-горе, е модел MC. В няколкото следващи таблици съм правил междинни обработки, за да се стигне до последната таблица, която вече е във формат за директно импортване в OPC сървър. Вижте колко много канали има един единствен трифазен електромер, и после числото го умножете по 12, за да ви стане ясно какъв колосален трафик от данни може да полети по мрежата, ако всичко това го искате в RealTime например веднъж в секундата.

Давам тази таблица и като пример колко безценен може да бъде един OPC сървър в подреждането и класифицирането на хиляди на брой информационни канали. В момента ако искате да усвоите този електромер, ще трябва да загубите само няколко минути да инсталирате OPC сървъра, и още няколко минути този мой файл да го импортнете 12 пъти (по веднъж за всеки един канал). Общо 10 минути и 5-10 хиляди канала с данни политат към вас. Ако някой вземе да ми твърди, че това може да го направи без OPC като си пише някаква собствена си програма, то с това само ще докаже, че си няма и грам представа за това, което го говоря и пиша.

OPC Tags v08.rar

OPC тагове за MODBUS комуникация с електромер ELNet MC

(326.35 KiB) 982 пъти

ПС: Файлът не е последна версия. Все още има недоизтествани канали, на които трябва да се доуточнят параметрите и името на канала.

[Lupus]

Във връзка с това, срещал ли си трифазен волтметър с възможност за мерене през секунда на мрежовото напрежение и предаване на данните по MODBUS чрез GSM модем или е по-добре да се ползва електромер за целта?

[Mateev]

Разбира се че има и само трифазни волтметри или амперметри, работещи по MODBUS. Например Siemens Sentron PAC 3100 е именно такъв измерителен уред. Мери всички параметри на трифазната мрежа, включая и тока през нулевия проводник, но не се занимава да изчислява различните видове енергии и да ги натрупва в броячи. Това естествено го прави този уред да е малко по-евтин от пълноценните електромери.

Ето ти линк с такива уреди, които могат да бъдат закупени в България:
http://www.cablecommerce.bg/shop/bg/pro ... /b62ab5d/1

[Lupus]

Мерси за информацията! Това: http://www.cablecommerce.bg/shop/bg/pro ... -2613-0090 ми върши идеална работа и не е скъпо.

[Foton]

Кабелкомерс не е най-доброто място за закупуване на подобни изделия. По официални ценови листи на Siemens (т.е. преди да са ви направили отстъпка) цените са следните:
PAC3100 - 207ЕURO
PAC3200 - 336EURO
PAC4200 - 789EURO
Действително уреда на Schneider e едно много добро и евтино решение, но няма електромер.
Elnet MC е предназначен за многоканални приложения и само тогава цената му е оправдана.
Ако не ме лъже паметта имаше и някакви израелски уредчета, наречени VIP, но не съм се сблъсквал с тях. Колегите твърдят, че били евтини и сравнително надеждни.

[Lupus]

На мен ми трябва само да следя напреженията и да записвам и предавам стойностите през определени интервали от време.