Промислові мережі. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4 (Дистанційна форма). Основи функціонування MODBUS RTU.

1. Промислові мережі та інтеграційні технології. Лабораторний практикум. НУХТ. ІАСУ. О.М.Пупена
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4 (Дистанційна форма).
Основи функціонування MODBUS RTU.
Тривалість: 1 акад. година.
Мета: Ознайомитися з принципами роботи Modbus RTU, отримати навики побудови та
розшифрування кадрів Modbus RTU.
Лабораторна установка.
Мінімально необхідне апаратне забезпечення. Для проведення віртуальної
лабораторної роботи потрібен комп’ютер з характеристиками, наведеними в лабораторній
роботі №1.
Апаратне забезпечення, матеріали та інструменти для проведення лабораторної
роботи з фізичними пристроями (див.рис.4.1).
a. Комп’ютер (ПК1) та ПЛК з підтримкою Modbus RTU Slave, які з’єднані між собою
послідовним інтерфейсом (RS-232 або RS-485);
Апаратне забезпечення, матеріали та інструменти, що використані у віртуальній
лабораторній роботі.
1. Усі досліди проводяться на віртуальній машині.
Програмне забезпечення для проведення лабораторної роботи з фізичними
пристроями.
1. Утиліта для роботи з СОМ-портом "COM Port Toolkit V4.0"
http://www.compt.ru/ru/download.php (або аналогічна)
2. Середовище виконання для ПЛК, з функціоналом, аналогічним описаному в додатку
3.3 (з лабораторної роботи 3).
3. Утиліта для розрахунку контрольної суми CRC16
https://drive.google.com/file/d/0B2FfwwwweBSVSkJ6SjhXeVpPaGc/view?usp=sharing
(або аналогічна)
Програмне забезпечення, що використане у віртуальній лабораторній роботі.
1. Утиліта для роботи з СОМ-портом "COM Port Toolkit V4.0"
http://www.compt.ru/ru/download.php (або аналогічна)
2. Віртуальний нуль-модемний емулятор (com0com)
http://sourceforge.net/projects/com0com/?source=navbar (вже встановлено на образі
віртуальної машини)
3. CoDeSys Control Win http://store.codesys.com/codesys-control-win-sl.html (вже
встановлено на образі віртуальної машини)
4. Виконавчий проект CoDeSys
https://drive.google.com/file/d/0B2FfwwwweBSVTm4xTThySm5KSjA/view?usp=sharin
g (встановлений на віртуальній машині в лабораторній роботі №3)
5. Утиліта для розрахунку контрольної суми CRC16
https://drive.google.com/file/d/0B2FfwwwweBSVSkJ6SjhXeVpPaGc/view?usp=sharing
(встановлений на віртуальній машині в лабораторній роботі)
Загальна постановка задачі.
Цілі роботи:
1) навчитися формувати та розшифровувати кадри Modbus RTU;
COM
Serial
ПК1 ПЛК
Рис.4.1. Структурна схема лабораторної установки, що використовується у лабораторній
роботі з фізичними пристроями
serial

2. 2
2) використовуючи Modbus та утиліту роботи з СОМ-потром керувати та
контролювати об’єктом.
Послідовність виконання роботи.
1. Ознайомитись з додатком 3.1, підготовити CRCDLL до роботи.
2. Реалізувати з’єднання між пристроями.
а)Для реальної установки. Реалізувати з'єднання відповідно до рис.4.1, зробити необхідні
налаштування.
При з’єднанні пристроїв через порти RS-232, один з них повинен обов’язково бути
вимкнений!
б)Для віртуальної установки. Реалізуйте віртуальне нуль-модемне з’єднання між COM3 та
COM4, імітуючи роботу ПОВНОГО нуль-модемного кабелю.
3. Запуск ПЛК.
Для віртуальної установки. Завантажте файли середовища виконання для віртуальної
лабораторної установки (див. додаток 3.3) та установіть їх на віртуальну машину, якщо
це не було зроблено до тепер. Запустіть віртуальний контролер на виконання, за
необхідності введіть свій варіант, впевніться що Він введений вірно.
4. Побудова кадру на читання Holding Registers.
Побудуйте кадр на читання п’яти Holding Registers починаючи з того, який відповідає за
клапани для вашого варіанту. Розрахуйте CRC. Формат кадру занотуйте згідно формату
визначеного в додатку 4.2
5. Відправка кадру на читання Holding Registers на контролер.
Завантажте Com Port Toolkit.
Відправте послідовність байт кадру на віртуальний/реальний контролер через СОМ-порт.
Дочекайтеся позитивної відповіді (десь біля секунди).
Якщо відповідь не прийшла - повторіть пункти 2-5 з перевіркою усіх кроків.
Якщо відповідь прийшла - перевірте на правильність відповідь, проаналізувавши перші два
байти кадру. Якщо відповідь позитивна - перейдіть на п.6, якщо негативна (є помилка
обробки функції) – повторіть пункти 4-5 уважніше.
6. Розшифрування кадру
Розшифруйте кадр і оформіть його, як описано в додатку 4.2. Значення усіх 5-ти значень
змінних дайте в десятковому форматі.
Порахуйте CRC використавши для цього всі прийняті байти (окрім CRC), перевірте чи
розрахована контрольна сума співпадає з отриманою. Зробіть копію екрану.
7. Зміна поля CRC
Відправте кадр, створений в п.4, але довільно змінивши один з байтів CRC. Результат і його
пояснення запишіть в звіті.
8. Зміна в запиті адреси Holding Registers
Побудуйте кадр на читання п’яти Input Registers починаючи з (1001-го), тобто 41001.
Розрахуйте CRC. Кадр-запит занотуйте згідно формату визначеного в додатку 4.2.
Відправте кадр до контролеру, дочекайтеся відповіді. Формат кадру-відповіді занотуйте
згідно формату визначеного в додатку 4.2. Зробіть пояснення причини отримання такого
кадру.
9. Формування всіх необхідних кадрів запитів
Сформуйте кадри-запити на :
- читання п’яти Input Registers починаючи з того, який відповідає за значення
сигналізаторів рівня
- запис значення клапану 5000 + номер_варіанту;
- запис значення Holding Registers для відкриття клапану набору і закриття клапану
зливу
- запис значення Holding Registers для закриття клапану набору і відкриття клапану
зливу

3. 3
- запис значення Holding Registers для закриття клапану набору і закриття клапану
зливу
Запишіть ці запити в табличному вигляді згідно формату визначеного в додатку 4.2.
10. Керування установкою
Використовуючи Com Port Toolkit та зв'язок Modbus RTU, відправляючи необхідні запити,
сформовані в пункті 9 добийтесь того, щоб:
- рівень в баці досягнув значення рівним: номер_варіанту*100+1000;
- температура в баці досягнула усталеного значення (не змінювалася);
Після досягнення необхідних вимог зробити копії екранів віртуальної установки. За
допомогою запиту читання Input Registers прочитати значення датчиків та оформити кадр-
відповідь відповідно до додатку 4.2. Усі числові значення в поясненні подати в десятковому
вигляді. Значення температури розрахуйте он-лайн калькулятором
http://www.binaryconvert.com/ або подібними (наведіть копію екрану розрахунку на
калькуляторі)
Оформлення звіту.
Після закінчення роботи, відправте звіт у форматі DOC чи PDF, оформлений у вигляді,
наведеному в додатку 4.2.
Перевірка виконання роботи та питання до захисту.
Викладачем перевіряється виконання всіх пунктів роботи відповідно до занотованих у
звіті результатів. Оцінюється повнота результатів. Кінцева оцінка коригується по усному
опитуванню при очному спілкуванню. Кожен результат студент повинен пояснити. У
випадку виникнення помилок або запитань щодо проведення певного пункту, його необхідно
буде повторити.

4. 4
ДОДАТОК 4.1. УТИЛІТА РОЗРАХУНКУ КОНТРОЛЬНОЇ СУМИ CRC16.
Д.4.1.1. Призначення.
Утиліта CRCDLL — проста програмка для розрахунку контрольної суми за алгоритмом
CRC16, написана на кафедрі ІАСУ НУХТ спеціально для дисципліни промислові мережі та
інтеграційні технології. На віртуальній машині підготовленій для курсу вона знаходиться в
"C:CRCdllcrcdll.exe". Завантажити її можна за посиланням
https://drive.google.com/file/d/0B2FfwwwweBSVSkJ6SjhXeVpPaGc/view?usp=sharing
Перед використанням програми прочитайте "Readme.txt" та виконайте настанови!
Д.4.1.2. Опис роботи з утилітою
Загальний вигляд програми показаний на рис.Д4.1.
У полі вводу через "пробіл" вводяться байти кадру в 16-ковому форматі. На прикладі
показані байти кадру для читання з Modbus Slave п’яти Holding Registers, починаючи з 2-го
(40002, але в кадрі вказується починаючи з 0, тобто 1). Після вводу байтів та натисканні "Ок"
виводиться контрольна сума.
Увага! Якщо контрольна сума виводиться в 3-значному вигляді, з правого боку треб
доповнити нулем до 4-значного.
Рис.Д4.1
Отриману контрольну суму можна скопіювати в буфер.

5. 5
ДОДАТОК 4.2. ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ.
Пункт 4. Побудова кадру на читання Holding Registers .
Байти кадру-запиту вписати в таблицю наступного формату:
байти Значення
HEX
Пояснення
1
2
3
…
n
Наприклад.
байти Значення
HEX
Пояснення
1 01 Адреса веденого (Slave) – згідно варіанту
2 03 функція – читання Holding Registers
3 00 початкова адреса (HI) = з 40001
4 00 початкова адреса (LO)
5 00 кількість (HI) = 3 шт
6 03 кількість (LO)
7 05 CRC (HI)
8 CB CRC (LO)
Пункт 6. Побудова кадру на читання Input Registers .
Байти кадру-відповіді вписати в таблицю наступного формату:
байти Значення
HEX
Пояснення
1
2
3
…
n
Наприклад:
байти Значення
HEX
Пояснення
1 01 Адреса веденого (Slave) – згідно варіанту
2 03 функція – читання Holding Registers
3 06 лічильник байт = 6 байт
4 00 значення 40001 (HI) = 10
4 0A значення 40001 (LO)
5 00 значення 40002 (HI) = 11
6 0B значення 40002 (LO)
5 00 значення 40003 (HI) = 12
6 0C значення 40003 (LO)
7 C8 CRC (HI)
8 B3 CRC (LO)
Навести копію екрану з перевіркою CRC

6. 6
Пункт 7. Зміна поля CRC.
Навести результат досліду і пояснити причини.
Пункт 8. Зміна в запиті адреси Holding Registers.
Байти кадру-запиту та відповіді вписати в таблиці наступного формату:
байти Значення
HEX
Пояснення
1
2
3
…
n
Пункт 9. Формування всіх необхідних кадрів запитів.
байти Призначення Кадр запиту (байти у форматі HEX
через пробіл)
1 читання п’яти Input Registers починаючи з
(вказати номер) для сигналізаторів рівня
2 запис значення регістру (вказати номер)
для вказати значення
3 запис значення Holding Registers (вказати
номер) для відкриття клапану набору і
закриття клапану зливу
4 запис значення Holding Registers (вказати
номер) для закриття клапану набору і
відкриття клапану зливу
5 запис значення Holding Registers (вказати
номер) для закриття клапану набору і
закриття клапану зливу
Пункт 10. Керування установкою
Навести копії екранів установки.
Байти кадру-відповіді вписати в таблиці наступного формату:
байти Значення
HEX
Пояснення
1
2
3
…
n
Навести копію екрану розрахунку.