可配置Modbus網(wǎng)關(guān) 嵌入式設(shè)備聯(lián)網(wǎng)解決方案

1.概述

可配置Modbus網(wǎng)關(guān)可以預(yù)先配置Modbus RTU端的設(shè)備的地址、功能碼和寄存器列表，并存儲(chǔ)到網(wǎng)關(guān)內(nèi)部。網(wǎng)關(guān)會(huì)自動(dòng)采集這些配置的RTU設(shè)備的數(shù)據(jù)，然后映射到連續(xù)的Modbus TCP寄存器地址，從而允許Modbus TCP端一次性讀取所有的設(shè)備的不同寄存器的數(shù)據(jù)。它的這種地址映射功能是對(duì)普通的Modbus RTU轉(zhuǎn)Modbus TCP的Modbus網(wǎng)關(guān)的補(bǔ)充。

卓嵐ZLAN5143、ZLAN7144、ZLAN7146、ZLAN5207M、ZLAN5407M等都支持可配置Modbus網(wǎng)關(guān)功能。其中ZLAN5143需要固件版本1.579及以上版本，配合ZLVircom5.15及以上版本來使用。7144需要固件版本1.491及以上版本。卓嵐可配置Modbus網(wǎng)關(guān)簡(jiǎn)稱為“ZLMB網(wǎng)關(guān)”。

可配置Modbus網(wǎng)關(guān)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1.指令合并：可以將分散的不同的站地址、寄存器映射到同一片寄存器。這樣Modbus TCP端可以用一條指令采集所有數(shù)據(jù)，而不是分為幾條指令分別去采集，實(shí)現(xiàn)了Modbus TCP端的傳輸效率。

2.預(yù)先采集：雖然之前的“存儲(chǔ)型Modbus”可以自動(dòng)采集一些數(shù)據(jù)，但是自動(dòng)采集是在Modbus TCP端查詢第一條指令開始的，所以第一條指令本身的返回?cái)?shù)據(jù)還是需要等待串口的信息的返回。而可配置Modbus網(wǎng)關(guān)的自動(dòng)采集是從網(wǎng)關(guān)上電就開始，第一條指令仍然可以快速應(yīng)答。

多主機(jī)支持：可以支持多臺(tái)Modbus TCP客戶端連接上讀取網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)。

4.支持寫指令：目前對(duì)于重新映射過的寄存器地址，Modbus TCP端不僅可以使用重新映射的地址讀到數(shù)據(jù)，而且可以向這個(gè)重新映射的地址使用05和06指令寫入數(shù)據(jù)。

5.支持任意長(zhǎng)度讀取：ZLVircom配置工具會(huì)顯示RTU端的寄存器地址和TCP端的寄存器地址的映射關(guān)系。Modbus TCP端不僅可以整片讀取寄存器和單個(gè)讀取寄存器，而且可以任意長(zhǎng)度來讀取合法地址和長(zhǎng)度的寄存器內(nèi)容。

6.支持離線提示：當(dāng)某個(gè)RTU設(shè)備從RS485總線上離線后，從Modbus TCP這端查詢到的數(shù)據(jù)將全部變?yōu)?，提示設(shè)備的離線。

7.支持丟失重發(fā)：由于RS485總線容易存在干擾，假如第一次查詢指令沒有應(yīng)答，則網(wǎng)關(guān)會(huì)再發(fā)送一條指令，并等待超時(shí)時(shí)間，如果確認(rèn)第二次也沒有應(yīng)答才認(rèn)為設(shè)備離線。通過ZLVircom可以設(shè)置第一次發(fā)送的時(shí)間和第二次超時(shí)應(yīng)答時(shí)間。

8.支持大量設(shè)備和寄存器：目前支持100條RTU查詢指令和500個(gè)寄存器數(shù)量，同時(shí)被訪問。

2.簡(jiǎn)單例子

2.1.RTU采集要求

這里以ZLAN5143為例來介紹，首先確認(rèn)固件版本為1.579及以上版本， ZLVircom為5.15及以上版本。

假設(shè)ZLAN5143的RS485下面接了2個(gè)Modbus RTU設(shè)備，需要采集的信息如下：

現(xiàn)在需要ZLVircom進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)可以配置Modbus網(wǎng)關(guān)。

2.2.ZLVircom配置

運(yùn)行ZLVircom，進(jìn)入設(shè)備管理點(diǎn)擊搜索設(shè)備選擇一個(gè)需要配置的設(shè)備點(diǎn)擊編輯設(shè)備點(diǎn)擊下面“固件和配置”按鈕，彈出如下對(duì)話框：

圖 1進(jìn)入ZLMB配置方法

這里選擇“網(wǎng)頁目錄下載”，并且點(diǎn)擊“…”，選擇一個(gè)之前新建的空目錄，用于存放配置信息。然后點(diǎn)擊“ZLMB網(wǎng)關(guān)”按鈕，彈出如下對(duì)話框：

圖 2可配置Modbus網(wǎng)關(guān)設(shè)置列表

點(diǎn)擊“添加”按鈕可以逐條添加表1的RTU指令。這里需要注意的是網(wǎng)關(guān)會(huì)將Modbus TCP這端的寄存器地址從0開始自動(dòng)按順序增加。所以為了讓同一個(gè)功能碼的指令可以一次性分到同一個(gè)區(qū)域，應(yīng)該將相同功能碼的指令連續(xù)添加。也就是將表1的記錄編號(hào)1和記錄編號(hào)3放在一次，而編號(hào)2放在最后。添加的3個(gè)圖如下：

圖 3表1的編號(hào)1 RTU指令的配置

對(duì)于編號(hào)1的RTU指令的配置對(duì)話框解釋如下：

1.記錄編號(hào)：這個(gè)是系統(tǒng)根據(jù)添加的順序自動(dòng)增加編號(hào)，不可修改。不一定和表1一致。

2.從站地址：該RTU指令的RTU端從站地址。

3.Modbus功能碼：該RTU指令的功能碼。

4.寄存器起始地址：RTU端指令的寄存器開始地址。

5.寄存器長(zhǎng)度：RTU端指令的寄存器查詢長(zhǎng)度。

6.串口輪詢間隔：這個(gè)間隔是網(wǎng)關(guān)正常發(fā)送查詢指令后等待應(yīng)答返回的時(shí)間。也是輪詢的速度。所有RTU指令的這個(gè)參數(shù)是一樣的，如果不一樣取最大者。

7.超時(shí)應(yīng)答時(shí)間：這個(gè)時(shí)間是在正常發(fā)送查詢指令接收不到應(yīng)答時(shí)，立刻發(fā)送第二條查詢時(shí)的等待應(yīng)答返回時(shí)間。所有RTU指令的這個(gè)參數(shù)是一樣的，如果不一樣取最大者。

8.支持06或者05寫指令：勾選這個(gè)選項(xiàng)將可以支持Modbus TCP端對(duì)RTU設(shè)備的數(shù)據(jù)的改寫。若不需要改寫則不要勾選，因?yàn)楣催x，會(huì)額外增加內(nèi)存和計(jì)算量開銷。

9.Modbus TCP寄存器地址：這個(gè)地址是系統(tǒng)自動(dòng)按照順序計(jì)算的，Modbus TCP端只要按照這個(gè)起始地址讀取即可得到這條RTU指令獲得的數(shù)據(jù)。這個(gè)參數(shù)是地址映射的關(guān)鍵信息。

確定后，再次點(diǎn)擊“添加”，添加表1編號(hào)3的指令：

圖 4表1的編號(hào)3 RTU指令的配置

這里看到Modbus TCP寄存器地址自動(dòng)增加到4。說明兩條指令合并的寄存器從0～7，整個(gè)寄存器范圍都可以一次性讀取。

添加表1編號(hào)2的指令：

圖 5表1的編號(hào)2 RTU指令的配置

這里系統(tǒng)自動(dòng)分配的Modbus TCP地址為01指令的128地址（十進(jìn)制）。最后列出的表格是：

圖 6 RTU和Modbus TCP寄存器映射關(guān)系表

這個(gè)表格列出了RTU和Modbus TCP寄存器映射關(guān)系。也清楚的展示了，如果用戶需要獲得RTU端的某個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)需要用什么功能碼的什么寄存器地址去讀取數(shù)據(jù)。

例如需要讀取從站地址2功能碼1、寄存器地址5、長(zhǎng)度9的數(shù)據(jù)可以使用Modbus TCP指令的任意從站地址、功能碼1、寄存器地址128、長(zhǎng)度9來讀取。 最后點(diǎn)擊“保存并返回”來保存設(shè)計(jì)，如果點(diǎn)擊“不保存返回”則放棄設(shè)計(jì)。同時(shí)可以通過選擇某一行點(diǎn)擊“編輯”進(jìn)行編輯，點(diǎn)擊“刪除”刪除某個(gè)RTU指令。

點(diǎn)擊“保存并返回”后回到“卓嵐網(wǎng)頁/程序下載工具”界面。在這個(gè)界面點(diǎn)擊“下載按鈕”。下載完畢后彈出“傳輸完畢…”按鈕，然后點(diǎn)擊確定，設(shè)備將會(huì)自動(dòng)重啟，并加載這個(gè)配置。

2.3.數(shù)據(jù)測(cè)試

現(xiàn)在使用串口模擬這個(gè)RTU設(shè)備，并進(jìn)行測(cè)試，RTU端模擬參數(shù)如下圖。

圖 7 模擬表1的3個(gè)RTU設(shè)備

然后將ZLAN5143連接到這個(gè)計(jì)算機(jī)串口。假如設(shè)備的IP為192.168.0.200，端口4196，Modbus TCP軟件連接上這個(gè)IP和端口后讀取如下的數(shù)據(jù)。根據(jù)映射關(guān)系表，應(yīng)該讀取0～7這8個(gè)寄存器，功能碼為03；應(yīng)該讀取128到136這9個(gè)bit性寄存器，功能碼為01。

圖 8 Modbus讀取網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)

如圖所示，可配置Modbus網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)了站地址1、站地址3這兩個(gè)RTU Modbus的數(shù)據(jù)合并，將其合并到寄存器0～7整片區(qū)域，實(shí)現(xiàn)指令合并功能。 使用SockeDlgTest連接上192.168.0.200的4196端口發(fā)送12 34 00 00 00 06 01 03 00 00 00 00指令，立即返回?cái)?shù)據(jù)。

圖 9 預(yù)采集效果

如圖所示返回時(shí)間大約為18ms。這個(gè)反應(yīng)時(shí)間比“存儲(chǔ)型”Modbus的第一次應(yīng)答時(shí)間要快速很多。 打開多個(gè)Modbus TCP客戶端可以同時(shí)對(duì)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。說明可以支持多主機(jī)功能。 在Modbus TCP端修改某個(gè)寄存器的值，則在RTU端的數(shù)據(jù)就被修改，同時(shí)也會(huì)反饋到Modbus TCP端。這說明發(fā)送的05/06單線圈修改和單寄存器修改指令寫是支持的。

修改任意長(zhǎng)度的寄存器長(zhǎng)度讀取，例如修改為從01地址開始的06個(gè)長(zhǎng)度的寄存器內(nèi)容，同樣可以正常讀取到Modbus TCP軟件中。說明支持任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)讀取。 將Modbus RTU軟件關(guān)閉或者關(guān)閉串口。則Modbus TCP軟件中的數(shù)據(jù)全部變?yōu)?，可見可以通過數(shù)據(jù)全部變?yōu)?來反映一個(gè)儀表的離線還是在線。 關(guān)閉Modbus RTU軟件，使用ZLComDebug打開COM口接收數(shù)據(jù)，可以看到當(dāng)一條指令沒有應(yīng)答時(shí)會(huì)重發(fā)一次。說明網(wǎng)關(guān)具有數(shù)據(jù)重發(fā)功能。

圖 10 數(shù)據(jù)重發(fā)功能

2.4.設(shè)置離線默認(rèn)值

圖 11 設(shè)置離線默認(rèn)值

設(shè)置離線默認(rèn)值功能，可以可以讓設(shè)備離線的時(shí)候采集到一個(gè)特殊的值，例如65535（也就是有符號(hào)的-1）。因?yàn)橹暗哪J(rèn)值為0，有些設(shè)備的0是一個(gè)可能出現(xiàn)的值，無法區(qū)分是離線還是有效數(shù)據(jù)。

這個(gè)離線只要求高字節(jié)和低字節(jié)一樣，即可以設(shè)置：v*256+v，其中v≤255且v＞=0。 只有第一條記錄的設(shè)置值是有效的，其它記錄仿造第一條記錄的參數(shù)。這里只看第一條記錄的參數(shù)還包括：串口輪詢間隔、超時(shí)應(yīng)答時(shí)間、支持06或者05寫指令。

3.其它注意事項(xiàng)

1.某些bit型數(shù)據(jù)無法合并，如下圖，01/02指令的第一個(gè)指令的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為9，不是16的倍數(shù)。所以無法通過從128開始的地址讀取19個(gè)來一起讀取所有數(shù)據(jù)。而是應(yīng)該按照軟件給出的128地址讀9個(gè)，144地址讀10個(gè)，分別讀取。

圖 12 Bit數(shù)據(jù)的連續(xù)

2.Modbus TCP的站地址無所謂，一般用01即可。

3.如果發(fā)現(xiàn)無法支持05/06指令，請(qǐng)確認(rèn)設(shè)計(jì)的時(shí)候是否已經(jīng)勾選05/06支持選項(xiàng)。

4.注意02功能的寄存器是無法被修改的。

5.注意Modbus網(wǎng)關(guān)的“轉(zhuǎn)化協(xié)議”部分不要選擇“Modbus TCP轉(zhuǎn)RTU”，請(qǐng)選擇“無”協(xié)議。

6.現(xiàn)在可以支持多寄存器寫入的15/16指令。但是不要跨區(qū)域?qū)懭?。例如原來的地址?個(gè)寄存器是一起排列的，如果試圖跨區(qū)域一次寫入超過2個(gè)寄存器將會(huì)出錯(cuò)。

審核編輯：湯梓紅