يشبه بروتوكول Modbus RTU "لغة مشتركة" بين الأجهزة الصناعية، مما يتيح "الاتصال" السلس بين الأجهزة مثل عدادات الكهرباء وأجهزة الاستشعار من ماركات مختلفة.
عرض تطبيق بروتوكول الاتصالات Modbus
سترشدك هذه المقالة خلال تطبيق Modbus RTU في عدادات الطاقة بأبسط الطرق وأكثرها قابلية للفهم. حتى لو كنت مبتدئًا تمامًا وليس لديك أي خلفية تقنية، يمكنك بسهولة فهم النقاط الأساسية لبروتوكول الاتصالات الصناعية المهم هذا.
ما هو بروتوكول Modbus RTU؟
Modbus RTU هو بروتوكول اتصال تسلسلي تم تطويره في الأصل بواسطة Modicon (التي أصبحت الآن جزءًا من شنايدر إلكتريك) في عام 1979 لوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs).
واليوم، أصبح أحد البروتوكولات الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الأتمتة الصناعية، ويدعمه أكثر من 400 مصنع حول العالم.
لماذا يطلق عليه "RTU"؟ RTU هو اختصار لـ "Remote Terminal Unit"، مما يشير إلى أن هذا البروتوكول يستخدم بشكل أساسي للاتصال بين الأجهزة البعيدة. إنه يشبه "نظام الرسائل النصية" بين المعدات الكهربائية، حيث يتم تبادل البيانات من خلال آلية طلب واستجابة بسيطة.
كيف يعمل مودبوس RTU؟
يستخدم Modbus RTU بنية اتصالات تابعة- رئيسية، مثل المعلم والطلاب في الفصل الدراسي.
- المعلم: يكون "المعلم"، وهو عادةً جهاز كمبيوتر أو PLC أو مركز، مسؤولاً عن طرح الأسئلة والأوامر.
- العبد: "الطالب"، مثل عداد الكهرباء أو جهاز الاستشعار، يمكنه فقط الإجابة على أسئلة المعلم ولا يمكنه التحدث بشكل مستقل. (في تطبيقات عدادات الكهرباء...)
تنسيق رسالة Modbus RTU
"قالب الرسائل القصيرة" بين الأجهزة
تشبه رسائل اتصال Modbus RTU الرسائل النصية المصممة بعناية، مع متطلبات تنسيق ثابتة.
تحتوي رسالة Modbus RTU الكاملة على الأجزاء التالية:
| رمز العنوان | رمز الوظيفة | مجال البيانات | تحقق من الرمز |
|---|---|---|---|
| 8 بت | 8 بت | ن × 8 بت | 16 بت |
- رمز العنوان (1 بايت): يعادل "رقم هاتف المستلم"، يحدد عنوان عداد الطاقة المستهدف (1-247)، مع 0 لعنوان البث.
- رمز الوظيفة (1 بايت): يعادل "نوع رسالة نصية"، يوجه عداد الطاقة بشأن العملية المراد تنفيذها (على سبيل المثال، قراءة البيانات، وكتابة البيانات، وما إلى ذلك).
- حقل البيانات (N بايت): المعلومات المحددة المراد إرسالها، مثل عنوان التسجيل وقيمة البيانات وما إلى ذلك.
- المجموع الاختباري لـ CRC (2 بايت): يعادل "رمز مكافحة التزييف-" المستخدم للتحقق من الأخطاء أثناء الإرسال.
الرسالة النموذجية لقراءة إجمالي بيانات الطاقة النشطة الإيجابية من عداد الطاقة UBS هي كما يلي:
[العنوان 00] [رمز الوظيفة 03] [عنوان البدء 00 0C] [طول القراءة 00 02] [المجموع الاختباري لـ CRC 05 D9]
وهذا يعادل القول: "جميع العدادات، يرجى قراءة البيانات من السجل 000C، بدءًا من السجل 1."
بعد استلام الرسالة سيقوم العداد رقم 1 بالرد بما يلي:
[العنوان 01] [رمز الوظيفة 03] [طول البيانات 04] [البيانات 00 00 00 00] [المجموع الاختباري لـ CRC FA 33]
هذا يعني: "أجاب العداد رقم 1: إجمالي قيمة بيانات الطاقة النشطة الإيجابية المقروءة هو 00 00 00 00 (سداسي عشري)" (ملاحظة: هذا العداد رقم 1 هو عداد جديد غير مستخدم). الصورة أدناه هي عرض تجريبي:
"كتاب البيانات" في عداد الكهرباء: شرح التسجيل
في بروتوكول Modbus RTU، يتم تخزين كافة البيانات من عداد الكهرباء في "جدول بيانات"-السجل. تنقسم السجلات بشكل رئيسي إلى أربعة أنواع:
| نوع التسجيل | إذن القراءة/الكتابة | رموز الوظائف | المحتوى المخزن النموذجي |
|---|---|---|---|
| سجل لفائف | القراءة/الكتابة | 01, 05 | حالة التتابع، التحكم في التبديل |
| سجل الإدخال المنفصل | قراءة-فقط | 02 | الإدخال الرقمي (على سبيل المثال، إشارات الإنذار) |
| سجل الإدخال | قراءة-فقط | 04 | بيانات القياس في الوقت الفعلي-(الجهد والتيار وما إلى ذلك) |
| سجل القابضة | القراءة/الكتابة | 03, 06 | معلمات الجهاز والطاقة المتراكمة وما إلى ذلك. |
في تطبيقات عدادات الكهرباء، السجلات الأكثر شيوعًا هي:
سجل الإدخال
(رمز الوظيفة 04H): يخزن البيانات المقاسة في الوقت الحقيقي-مثل الجهد والتيار والطاقة.
سجل القابضة
(رمز الوظيفة 03H): يخزن استهلاك الكهرباء المتراكم ومعلمات الجهاز وما إلى ذلك.
UBS مقياس الطاقة Modbus تسجيل جدول معلومات العنوان
عنوان بث بروتوكول Modbus هو 0x00. للحصول على معلومات مفصلة عن عنوان تسجيل بروتوكول Modbus لأجهزة قياس الطاقة UBS، يرجى الاطلاع على الجدول أدناه:
| التسجيل (ست عشري) | اسم متغير | السمة (الوحدة / R/W) | نوع البيانات | عدد | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|---|
| 0x0000 | الجهد المستمر | الوحدة: V، R/W: RO | S16 | 1 | النطاق: -9999~9999; قراءة=القيمة الفعالة × 10^(العلامة العشرية) |
| 0x0001 | النقطة العشرية للجهد | الوحدة: لا شيء، R/W: RO | U16 | 1 | القيمة الثابتة: 0 |
| 0x0002 | القيمة الحالية للتيار المستمر | الوحدة: أ، يمين/ث: RO | S16 | 1 | النطاق: -9999~9999 |
| 0x0003 | النقطة العشرية الحالية | الوحدة: لا شيء، R/W: RO | U16 | 1 | القيمة الثابتة: 1 |
| 0x0008 | قيمة الطاقة | الوحدة: كيلووات، R/W: RO | S16 | 1 | النطاق: -9999~9999 |
| 0x0009 | نقطة القوة العشرية | الوحدة: لا شيء، R/W: RO | U16 | 1 | القيمة الثابتة: 1 |
| 0x000C | إجمالي الطاقة النشطة إلى الأمام | الوحدة: 0.001 كيلووات في الساعة، R/W: RO | U32 | 2 | البايت العالي أولاً، والبايت المنخفض أخيرًا؛ مثال: إذا كانت البيانات تقرأ=5000، فإن العلامة العشرية=2 → القيمة الفعلية=5000 × 10^(2-3)=500.0 |
| 0x203C | قناة 1 الجهد | الوحدة: 0.0001 فولت، R/W: RO | I32 | 2 | البايت العالي أولاً، والبايت المنخفض أخيرًا |
| 0x203E | قناة 2 الجهد | الوحدة: 0.0001 فولت، R/W: RO | I32 | 2 | دائما 0 |
| 0x2040 | القناة 1 الحالية | الوحدة: 0.0001A، R/W: RO | I32 | 2 | البايت العالي أولاً، والبايت المنخفض أخيرًا |
| 0x2042 | القناة 2 الحالية | الوحدة: 0.0001A، R/W: RO | I32 | 2 | دائما 0 |
| 0x2044 | قوة القناة 1 | الوحدة: 0.0001 كيلووات، R/W: RO | I32 | 2 | البايت العالي أولاً، والبايت المنخفض أخيرًا |
| 0x2046 | قناة 2 الطاقة | الوحدة: 0.0001 كيلووات، R/W: RO | I32 | 2 | دائما 0 |
| 0x9A00 | الطاقة الإجمالية النشطة إلى الأمام | الوحدة: كيلوواط ساعة، R/W: RO | يطفو | 2 | |
| 0xA001/0x8900 | عنوان الجهاز | الوحدة: لا شيء، R/W: RW | U16 | 1 | النطاق: 0 ~ 247 |
مظاهرة لقراءة رسائل عداد الطاقة UBS
باستخدام برنامج الكمبيوتر المضيف لمقياس الطاقة UBS، اقرأ البيانات التالية من عداد الطاقة الذكي DJZ1226 DC: إجمالي الطاقة النشطة الإيجابية والجهد والتيار والطاقة وعنوان العداد.
كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه، فإن محتوى الرسالة التفصيلية المرسلة والمستقبلة بواسطة الكمبيوتر المضيف هي كما يلي:
13:25:30.229 إجمالي الطاقة الإيجابية النشطة (000C0002) ...
13:25:30.256 ▼إرسال:00 03 00 0ج 00 02 05 D9
13:25:30.344 ▲استلام:01 03 04 00 00 00 00 FA 33
13:25:30.359 جهد التيار المستمر (00000002) ...
13:25:30.424 ▼إرسال:00 03 00 00 00 02 C5 DA
13:25:30.428 ▲استلام:01 03 04 00 17 00 03 0أ 36
13:25:30.494 تيار مستمر (00020002) ...
13:25:30.522 ▼إرسال:00 03 00 02 00 02 64 1أ
13:25:30.610 ▲استلام:01 03 04 00 30 00 02 7B FD
13:25:30.621 الطاقة(00080002) ...
13:25:30.682 ▼إرسال:00 03 00 08 00 02 44 18
13:25:30.690 ▲استلام:01 03 04 00 01 00 02 2أ 32
13:25:30.702 عنوان الاتصال 2(A0010001) ...
13:25:30.779 ▼إرسال:00 03 أ0 01 00 01 و6 1ب
13:25:30.783 ▲استلام:01 03 02 00 01 79 84
13:25:30.795 نهاية قراءة البيانات.
المشاكل الشائعة وتقنيات استكشاف الأخطاء وإصلاحها
على الرغم من أن بروتوكول Modbus RTU بسيط نسبيًا، إلا أنه قد تظهر مشكلات مختلفة في التطبيقات العملية. فيما يلي الأخطاء والحلول الشائعة في اتصالات عداد الكهرباء:
لا توجد استجابة الاتصالات
● التحقق من الاتصالات المادية:
هل توصيلات RS-485 صحيحة (خطوط A/B معكوسة)؟
هل مقاومات النهاية متطابقة (بشكل عام، قم بتوصيل مقاومات 120 أوم عند كل طرف من طرفي الناقل)؟
هل تجاوزت مسافة الاتصال الحد المسموح (نظريا RS-485 يمكن أن تصل إلى 1200 متر، ولكن المسافات الفعلية تتأثر بالعوامل البيئية).
● التحقق من إعدادات المعلمة:
▪ هل معدل الباود، وبتات البيانات، وبتات التوقف، وإعدادات التكافؤ متوافقة مع عداد الكهرباء؟
▪ هل تم ضبط عنوان الجهاز بشكل صحيح (لا توجد عناوين مكررة)؟
التواصل المتقطع
● التحقق من وجود تداخل في الخط:
▪ استخدم كابلًا ملتويًا -محميًا وتأكد من تأريض الدرع من أحد طرفيه.
▪ تجنب تشغيل الكابل بالتوازي مع كابلات الجهد العالي-.
● اختبار الأجهزة الفردية:
▪ ربط كل عداد كهرباء على حدة لاستكشاف أخطاء الأجهزة المعيبة وإصلاحها.
استخدم برنامج الكمبيوتر المضيف المخصص لشركة UBS Electronics (مثل AMS) للتواصل مباشرة مع عداد الكهرباء وتحديد المشكلة.
أخطاء البيانات
● التحقق من فحص CRC:
التحقق مما إذا كانت رموز CRC المرسلة والمستلمة متسقة.
▪ قم بتأكيد ترتيب بايت البيانات (عادةً ما يكون Modbus RTU صغيرًا-endian).
● التحقق من تعيين التسجيل:
التأكد من أن عناوين السجل المستخدمة متوافقة مع دليل عداد الكهرباء.
▪ لاحظ إزاحة عنوان التسجيل.
إذا كنت بحاجة إلى استخدام برنامج الكمبيوتر المضيف UBS (بروتوكول Modbus RTU) المذكور في هذه المقالة، فيرجى الاتصال بالشخص المسؤول عن طلب عداد الكهرباء الخاص بك من UBS والحصول على المزيد من الدعم الفني لما بعد البيع-.