BIATEL S.A. Plac Piłsudskiego 1 00 078 Warszawa Funkcje sterownika CellBOX-UxR ModBUS RTU Białystok 2006-10-13 wersja 1.2 Opracował: mgr inż. Paweł Kozłowski BIATEL S.A. 1
Funkcje sterownika CellBOX Modbus RTU 1. HISTORIA DOKUMENTU... 3 2. WPROWADZENIE... 4 3. FUNKCJE URZĄDZENIA... 5 PORTY SZEREGOWE... 5 MAPA REJESTRÓW... 5 KONTROLA REJESTRÓW URZĄDZEŃ SLAVE... 6 4. PROTOKÓŁ MODBUS... 7 KOMUNIKACJA PROTOKOŁEM MODBUS... 8 5. PARAMETRY KONFIGURACYJNE... 11 BIATEL S.A. 2
Funkcje sterownika CellBOX Modbus RTU 1. Historia dokumentu Data Wersja Autor Opis 10.07.2006 1.0 Paweł Kozłowski Utworzenie dokumentu 13.10.2006 1.1 Paweł Kozłowski Modyfikacja dokumentu BIATEL S.A. 3
2. Wprowadzenie Głównym zadaniem urządzenia jest obsługa protokołu ModBUS Klient i Serwer. Urządzenie odpowiada na komunikaty aplikacji typu Scada przesyłane poprzez sieć GPRS oraz monitoruje na bieżąco stan urządzeń, tzw. Slavów (posiadających zaimplementowany protokół ModBUS Slave), podłączonych do magistrali szeregowej, która z kolei podłączona jest pod jeden z portów szeregowy RS232 urządzenia. Rysunek 1. Działanie protokołu ModBUS Rysunek 2. Schemat działania urządzenia z otoczeniem BIATEL S.A. 4
3. Funkcje urządzenia Porty szeregowe Urządzenie posiada cztery porty szeregowe RS232 przeznaczone do komunikacji z urządzeniami typu Slave, konfiguracji urządzenia oraz podglądu danych debugowych. Opis portów według obudowy Koncentrator GPRS CellBOX-U/4R: Port A służy do komunikacji konfiguratora z urządzeniem. Port B służy do podglądu danych debugowych (ustwaienia: Baudrate: 115200, Data bits: 8, Stop bits: 1, Parity: None, Flow Control: None) Port C nieużywany Port D służy do komunikacji urządzenia z urządzeniami Slave, jego ustawienia definiowane są w konfiguratorze. Mapa rejestrów W obszarze pamięci urządzenia przechowywana jest mapa rejestrów urządzeń Slave. Możliwe jest zdefiniowane 2000 rejestrów, dla których można określić: adres Modbus urządzenia Slave, z którego będzie pobierany rejestr, adres rzeczywisty rejestru, pod którym znajduje się on w pamięci urządzeniu Slave typ rejestru który będzie pobierany z danego urządzenia Slave (coil, discrete, holding register, input register) Mapa rejestrów dla urządzeń Slave będzie służyć temu, by jednym zapytaniem do urządzenia Cellbox Modbus RTU protokołem Modbus otrzymać wartości rejestrów z różnych podpiętych urządzeń. BIATEL S.A. 5
Kontrola rejestrów urządzeń Slave Urządzenie CellBOX Modbus RTU monitoruje zdefiniowane rejestry podpiętych do niego urządzeń Slave oraz sprawdza na podstawie odczytanych danych, czy doszło w danym urządzeniu Slave do zdefiniowanej sytuacji alarmowej. Wystąpienie sytuacji alarmowej spowoduje zebranie informacji na temat danego urządzenia, a następnie wysłanie alarmu poprzez sieć GPRS (TCP, bądź UDP) oraz w zależności od konfiguracji wysłanie dodatkowo wiadomości SMS z ustaloną treścią. Będzie istnieć możliwość zdefiniowania własnej treści SMS dla każdej grupy rejestrów. SMS będzie mógł posiadać kluczowe słowa, które będą określały rejestry, których wartości będziemy chcieli zamieścić w wiadomości SMS. Ilość alarmowych wiadomości SMS wysyłanych w jednostce czasu będzie możliwa do zdefiniowania, w celu uniknięcia sytuacji otrzymania dużej ilości wiadomości SMS. BIATEL S.A. 6
4. Protokół ModBUS Urządzenie ModBUS RTU może obsłużyć następujące rozkazy protokołu ModBUS: 0x01 Read Coils 0x02 Read Discrete Inputs 0x03 Read Holding Registers 0x04 Read Input Registers 0x05 Write Single Coil 0x06 Write Single Register 0x0F Write Multiple Coils 0x10 Write Multiple Registers 0x17 Read/Write Multiple Registers Budowa ramki ModBUS: Rysunek 3. Budowa ramki ModBUS Ramka składa się z adresu ModBUS danego urządzenia, kodu funkcji, pola danych (różnie zbudowanego w zależności od rodzaju użytej funkcji, więcej szczegółów można znaleźć w dokumencie Modbus_Application_Protocol_V1_1a.pdf na stronie modbus.org) oraz kodu CRC. BIATEL S.A. 7
Komunikacja protokołem ModBUS CellBOX może otrzymać dwa rodzaje ramek poprzez sieć GPRS: Ramka zawiera adres ModBUS urządzenia CellBOX Modbus RTU oraz jeden z rozkazów: 0x03(3), 0x06(6), 0x10(16), 0x17(23). Mapa rejesrów CellBOX a Modbus RTU: Blok Rejestr ModBUS Start Rozmiar SLAVESMAP 1000 2000 DATABLOCKS 20000 6000 RAMCFG 30000 5000 FLASHCFG 40000 10000 Funkcja Zmapowane rejestry Slavów na rejestry holding w CellBOX ie Bloki danych zawierające parametry potrzebne do monitorowania rejestrów Slavów Rejestry sterownika CellBOX zmienne dynamicznie podczas pracy urządzenia (statusy, poziom sygnału itp) Rejestry sterownika CellBOX zapisane w pamięci flash urządzenia (konfiguracja) Rysunek 4. Schemat przepływu rozkazu bezpośrednio skierowanego do CellBOX'a BIATEL S.A. 8
Ramka zawiera adres jednego ze slavów, w tym przypadku ramka zostanie automatycznie przesłana na magistrale szeregową do podłączonych urządzeń Slave. Urządzenie CellBOX Modbus RTU zachowa się w tym przypadku jedynie jako pośrednik w komunikacji zewnętrznego źródła (np. aplikacji Scada), a urządzeniami Slave. Rysunek 5. Schemat przepływu rozkazu bezpośrednio skierowanego do Slave'a BIATEL S.A. 9
Priorytetowym zadaniem CellBOX a jest reagowanie na ramki z sieci GPRS oraz portu szeregowego RS232, służącego do konfiguracji urządzenia. Schemat działania komunikacji przez port szeregowy RS232 jest taki sam jak dla ramki z sieci GPRS z rysunku 2. Zadaniem CellBOX a jest również śledzenie stanów wybranych rejestrów (Register Monitoring) z czterech Slavów podłączonych do magistrali szeregowej i odpowiednie na nie reagowanie. Rysunek 6. Schemat działania monitoringu wybranych rejestrów podłączonych Slavów BIATEL S.A. 10
5. Parametry konfiguracyjne Urządzenie CellBOX będzie posiadać następujące parametry konfigurowalne: Obsługę dwóch kart SIM (automatyczne przełączanie pomiędzy dwoma kartami SIM, bądź wybór konkretnej karty SIM) Numer PIN karty SIM Nazwa serwera dostępowego APN Użytkownik i hasło dostępu do sieci APN Numer Centrum wiadomości SMS Parametry obsługi protokołu ModBUS: o Adres ModBUS dla CellBOX a o Mapa rejestrów o rozmiarze 2000 o Parametry dla portu szeregowego, służącego do komunikacji z urządzeniami Slave o Adres ModBUS dla urządzenia A typu slave o Adres ModBUS dla urządzenia B typu slave o Adres ModBUS dla urządzenia C typu slave o Adres ModBUS dla urządzenia D typu slave o Parametry monitoringu poszczególnych rejestrów w różnych urządzeniach: Liczbę retransmisji Czas pomiędzy retransmisjami Adres ModBUS urządzenia, od którego będziemy pobierać dane Adres początkowego rejestru, który będziemy odczytywać Maskę bitową dla zmian bitów z 0 na 1 (coil, discrete) Maskę bitową dla zmian bitów z 1 na 0 (coil, discrete) Minimalną wartość progową wartości rejestru (holding, input) Maksymalną wartość progową wartości rejestru (holding, input) BIATEL S.A. 11
Adres pierwszego rejestru do pobrania w sytuacji wystąpienia alarmu Liczba kolejnych rejestrów do pobrania w sytuacji alarmowej Adres Modbus odbiorcy ramki alarmowej Adres do pamięci odbiorcy ramki alarmowej Adres IP odbiorcy ramki alarmowej Numer portu odbiorcy ramki alarmowej Numer telefonu odbiorcy alarmowej wiadomości SMS Treść alarmowej wiadomości SMS Limit alarmowej wiadomości SMS w przeciągu godziny czasu Parametry komunikacji GPRS: typ protokołu TCP albo UDP; w przypadku TCP, jego typ Serwer bądź Klient; port źródła, docelowy port, docelowe IP o Parametry konfiguracji dla komunikacji protokołem UDP Czas blokowania nasłuchu tylko na wybranym adresie IP i porcie Adres Modbus nadawcy dla komunikacji protokołem UDP Adres IP nadawcy dla komunikacji protokołem UDP Numer portu nadawcy dla komunikacji protokołem UDP Parametry diagnostyczne o Ustawienie czasu restartu modemu urządzenia, po zadanym czasie od otrzymania ostatniej ramki z sieci GPRS (Uwaga, SMS zostanie wysłany, gdy zostaną spełnione dwa warunki, podany będzie numer telefonu oraz treść wiadomości do wysłania). BIATEL S.A. 12