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Modbus_DE.md

File metadata and controls

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Modbus

Vor der Einbindung von Modbus-Geräten in den Smart Appliance Enabler sollte geprüft werden, ob

  • die Kommunikation mit dem Gerät via Modbus/TCP funktioniert
  • die relevanten Register die erwarteten Daten liefern

Dazu eignet sich das Windows-Programm Simply Modbus TCP Client, dessen Demo-Version zwar funtional nicht eingeschränkt ist, aber nach sechs Modbus-Nachrichten einen Neustart des Programms erfordert.

Folgende Angaben müssen dabei der Modbus-Beschreibung des jeweiligen Geätes entnommen werden:

  • Slave ID bzw. Slave-Adresse
  • Register-Adresse
  • Anzahl der Register bzw. Datenwörter
  • Function code
  • Register-Grösse
  • Byte-Reihenfolge
  • Datenwort-Reihenfolge

Verbindung herstellen:

  • Mode sollte auf TCP stehen
  • IP-Adresse des Modbus-Gerätes eingeben
  • Port sollte immer auf 502 gesetzt bleiben
  • nach Klick auf CONNECT sollte der Status mit CONNECTED angezeigt werden

Als nächstes die Slave ID eingeben - sie ist spezifisch für das Modbus-Gerät und bleibt für alle Anfragen an dieses Gerät gleich.

Register auslesen:

  • First Register ist die Register-Adresse als Dezimalwert (ggf. umrechnen, falls in der Geräte-Beschreibung die Hexadezimalwerte angegeben sind)
  • No. of Regs ist die Anzahl der Register bzw. Datenwörter und meist 1, max. 4
  • 2 byte ID nicht selektieren
  • Function code auswählen
  • minus offset muss immer auf 0 stehen!
  • register size auswählen
  • nach Klick auf Send sollte keine Fehlermeldung sondern eine Response angezeigt werden

Durch Variation von

  • High byte first
  • High word first
  • Response data type (erste Spalte in der Tabelle rechts)

muss erreicht werden, dass in Spalte results der korrekte Wert angezeigt wird.

SimplyModbusTCPClient

Modbus im Smart Appliance Enabler

Allgemein

Für jeden Modbus-basierten Zähler/Schalter/Wallbox muss ein konfigurierter Modbus/TCP ausgewählt werden.

Ausserdem muss die Slave-Adresse des Modbus-Gerätes angegeben werden.

Grundsätzlich ist die Angabe jeder Slave-Adresse oder Register-Adresse als Hexadezimalzahl (mit "0x" am Anfang) oder als Dezimalzahl (ohne "0x" am Anfang) möglich.

Für jedes Modbus-Register sind folgende Angaben erforderlich:

  • Register-Adresse
  • Register-Typ bzw. Function-Code
  • Wert-Typ: legt fest, welches Format der Wert im Register hat Zahlenwerte mit hoher Genauigkeit benötigen manchmal 2 oder 4 Datenwörter. In diesen Fällen kann auch die Byte-Reihenfolge (Big Endian / Little Endian) konfiguriert werden.

Beim Finden der richtigen Konfiguration hilft Ausprobieren: Eine zu testende Kombination aus Register-Adresse, Register-Typ und Wert-Typ einstellen und im Log prüfen, welcher Wert aus dem Registerinhalt ermittelt wurde. Ggf. muss auch die Anzahl der Datenwörter und die Byte-Reihefolge variiert werden. Ziel ist, zumindest die richtige Ziffernfolge zu ermitteln, bei der nur noch das Komma an der falschen Stelle steht. Dies kann man abschliessend durch Setzen eines Umrechnungsfaktors korrigieren.

Modbus-Protokoll

Modbus/TCP

Die Konfiguration von Modbus/TCP erfolgt in den Einstellungen.

Modbus/RTU

Smart Appliance Enabler unterstützt das Modbus-Protokoll lediglich in der Ausprägung Modbus/TCP. Allerdings können Modbus/RTU-Geräte angeschlossen werden, wenn man einen USB-Modbus-Adapter (manchmal auch als USB-RS485-Adapter bezeichnet) verwendet. In diesem Fall benötigt man allerdings zusätzlich ein Modbus/TCP zu Modbus/RTU Gateway wie z.B. das frei verfügbare mbusd, dessen Installation nachfolgend beschrieben ist.

Aktivieren/Starten des mbusd nach Automatischer Installation

Bei der automatischen Installation wird der mbusd bereits gebaut und installiert, aber zur Vermeidung unnötiger Einträge im Syslog nicht gestartet und im Boot-System aktiviert. Das lässt sich bei Bedarf mit den beiden folgenden Befehlen nachholen, nachdem ein USB-Modbus-Adapter angeschlossen wurde:

$ sudo systemctl start [email protected]
$ sudo systemctl enable [email protected]

Manuelle Installation

Falls noch nicht installiert, muss git und cmake installiert werden:

$ sudo apt update
$ sudo apt install git cmake

Für den Build wird in das Verzeichnis /tmp gewechselt:

$ cd /tmp

Damit können jetzt die Sourcen aus dem Git-Repository geholt werden:

$ git clone https://github.com/camueller/mbusd.git
Cloning into 'mbusd'...
remote: Enumerating objects: 22, done.
remote: Counting objects: 100% (22/22), done.
remote: Compressing objects: 100% (19/19), done.
remote: Total 775 (delta 7), reused 12 (delta 3), pack-reused 753
Receiving objects: 100% (775/775), 986.62 KiB | 540.00 KiB/s, done.
Resolving deltas: 100% (480/480), done.

Als nächstes wird im Verzeichnis des Git-Klone das Build-Verzeichnis erstellt, dorthin gewechselt und der Build konfiguriert:

$ mkdir mbusd/build
$ cd mbusd/build
$ cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr ..
-- The C compiler identification is GNU 6.3.0
-- The CXX compiler identification is GNU 6.3.0
-- Check for working C compiler: /usr/bin/cc
-- Check for working C compiler: /usr/bin/cc -- works
-- Detecting C compiler ABI info
-- Detecting C compiler ABI info - done
-- Detecting C compile features
-- Detecting C compile features - done
-- Check for working CXX compiler: /usr/bin/c++
-- Check for working CXX compiler: /usr/bin/c++ -- works
-- Detecting CXX compiler ABI info
-- Detecting CXX compiler ABI info - done
-- Detecting CXX compile features
-- Detecting CXX compile features - done
-- Found UnixCommands: /bin/bash
-- Checking for module 'systemd'
--   Found systemd, version 232
-- systemd services install dir: /lib/systemd/system
-- Looking for cfmakeraw
-- Looking for cfmakeraw - found
-- Looking for cfsetspeed
-- Looking for cfsetspeed - found
-- Looking for cfsetispeed
-- Looking for cfsetispeed - found
-- Looking for time
-- Looking for time - found
-- Looking for localtime
-- Looking for localtime - found
-- Passing HRDATE to compiler space
-- Looking for tty_get_name in util
-- Looking for tty_get_name in util - not found
-- Looking for uu_lock in util
-- Looking for uu_lock in util - not found
-- Systemd service file will be installed to /lib/systemd/system
-- Install prefix      /usr
-- Install bindir:     /usr/bin
-- Install sysconfdir: /etc
-- Install datadir:    /usr/share
-- Configuring done
-- Generating done
-- Build files have been written to: /tmp/mbusd/build

Nun kann endlich der eigentliche Build gestartet werden:

$ make
Scanning dependencies of target mbusd
[  8%] Building C object CMakeFiles/mbusd.dir/src/main.c.o
[ 16%] Building C object CMakeFiles/mbusd.dir/src/tty.c.o
[ 25%] Building C object CMakeFiles/mbusd.dir/src/log.c.o
[ 33%] Building C object CMakeFiles/mbusd.dir/src/cfg.c.o
[ 41%] Building C object CMakeFiles/mbusd.dir/src/conn.c.o
[ 50%] Building C object CMakeFiles/mbusd.dir/src/queue.c.o
[ 58%] Building C object CMakeFiles/mbusd.dir/src/modbus.c.o
[ 66%] Building C object CMakeFiles/mbusd.dir/src/crc16.c.o
[ 75%] Building C object CMakeFiles/mbusd.dir/src/state.c.o
[ 83%] Building C object CMakeFiles/mbusd.dir/src/sig.c.o
[ 91%] Building C object CMakeFiles/mbusd.dir/src/sock.c.o
[100%] Linking C executable mbusd
[100%] Built target mbusd

Die Installation der Build-Artefakte kommt als Nächstes:

$ sudo make install
[100%] Built target mbusd
Install the project...
-- Install configuration: ""
-- Installing: /usr/bin/mbusd
-- Installing: /usr/share/man/man8/mbusd.8
-- Installing: /etc/mbusd/mbusd.conf.example
-- Installing: /lib/systemd/system/[email protected]

Der systemd muss reinitialisiert werden, damit er die gerade installierte Service-Definition des mbusd finden kann:

$ sudo systemctl daemon-reload

Jetzt kann die Konfiguration für den mbusd erstellt werden, ausgehend von der installierten Beispiel-Datei:

$ cd /etc/mbusd/
$ sudo cp mbusd.conf.example mbusd-ttyUSB0.conf

Jetzt steht einem Start des mbusd nichts mehr im Wege:

$ sudo systemctl start [email protected]

Nachfolgend ist zu sehen, wie überprüft werden kann, ob der mbusd läuft:

$ sudo systemctl status [email protected]
● [email protected] - Modbus TCP to Modbus RTU (RS-232/485) gateway.
   Loaded: loaded (/lib/systemd/system/[email protected]; disabled; vendor preset: enabled)
   Active: active (running) since Sun 2019-03-24 18:33:53 CET; 2s ago
 Main PID: 2807 (mbusd)
   CGroup: /system.slice/system-mbusd.slice/[email protected]
           └─2807 /usr/bin/mbusd -d -v2 -L - -c /etc/mbusd/mbusd-ttyUSB0.conf -p /dev/ttyUSB0

Mar 24 18:33:53 raspberrypi systemd[1]: Started Modbus TCP to Modbus RTU (RS-232/485) gateway..
Mar 24 18:33:53 raspberrypi mbusd[2807]: 24 Mar 2019 18:33:53 mbusd-0.3.1 started...

Damit der mbusd direkt beim Booten gestartet wird, muss der Service noch aktiviert werden:

$ sudo systemctl enable [email protected]
Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/[email protected] → /lib/systemd/system/[email protected].

Falls es Probleme mit mbusd gibt, kann man den Log-Level erhöhen und die Ausgaben in eine Datei leiten, in dem man in der Datei /lib/systemd/system/[email protected] die ExecStart-Zeile wie folgt ändert:

ExecStart=/usr/bin/mbusd -d -v9 -c /etc/mbusd/mbusd-%i.conf -p /dev/%i

Danach finden sich sehr detaillierte Log-Ausgaben in der Datei /var/log/mbus.log.

Überprüfung der Modbus-Installation und der mbusd-Installation

Bei Modbus-Problemen sollten zunächst folgende Punkte geprüft werden:

  • Wurde bei der Modbus-Verkabelung Plus und Minus vertauscht?
  • Wurde der Bus mindestens auf einer Seite mit einem 120-Ohm-Widerstand sauber terminiert?

Nach der Hardware-Überprüfung sollte zunächst die Modbus/RTU-Funktion überprüft werden, bevor Modbus/TCP geprüft wird.

Installation von mbpoll

Für die Überprüfung von Modbus/RTU und Modbus/TCP eignet sich das Command-Line-Tool mbpoll, das wie folgt installiert wird:

$ wget -O- http://www.piduino.org/piduino-key.asc | sudo apt-key add -
$ echo 'deb http://raspbian.piduino.org stretch piduino' | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/piduino.list
$ sudo apt update
$ sudo apt install mbpoll

mbpoll -h liefert Hinweise zur Verwendung. Alternativ finden sich diese auch auf der Projekt-Homepage.

Überprüfung Modbus/RTU

Vor der Überprüfung von Modbus/RTU sollte unbedingt der mbusd gestoppt werden, damit mbpoll auf den USB-Modbus-Adapter zugreifen kann!

Danach sollte es möglich sein ein Register auszulesen. Beispielsweise sieht der Aufruf für den SDM220-Modbus-Zähler zum Lesen des Zählerstandes wie folgt aus:

  • Slave-Adresse (-a), hier im Beispiel: 1
  • Register (-r), hier im Beispiel: 342 (Dezimal! - entspricht 156 hex)
  • Register-Typ (-t), hier im Beispiel: 32bit Input-Register mit Float-Wert
  • Byte-Reihenfolge "Big endian" (-B)
  • erste Adresse is 0 anstatt 1 (-0)
  • Register nur einmal auslesen (-1)

Der Aufruf sorgt dafür, dass das Register einmal ausgelesen und der Register-Wert (hier im Beispiel: 2952.21) angezeigt wird.

$ mbpoll -b 9600 -P none -a 1 -r 342 -t 3:float -B -0 -1 /dev/ttyUSB0
mbpoll 1.4-12 - FieldTalk(tm) Modbus(R) Master Simulator
Copyright © 2015-2019 Pascal JEAN, https://github.com/epsilonrt/mbpoll
This program comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY.
This is free software, and you are welcome to redistribute it
under certain conditions; type 'mbpoll -w' for details.

Protocol configuration: Modbus RTU
Slave configuration...: address = [1]
                        start reference = 342, count = 1
Communication.........: /dev/ttyUSB0,       9600-8N1 
                        t/o 1.00 s, poll rate 1000 ms
Data type.............: 32-bit float (big endian), input register table

-- Polling slave 1...
[342]:  2952.21

Überprüfung Modbus/TCP

Vor der Überprüfung von Modbus/TCP muss sichergestellt sein, dass der mbusd läuft!

Danach sollte es möglich sein ein Register auszulesen. Beispielsweise sieht der Aufruf für den SDM220-Modbus-Zähler zum Lesen des Zählerstandes wie folgt aus:

  • Slave-Adresse (-a), hier im Beispiel: 1
  • Register (-r), hier im Beispiel: 342 (Dezimal! - entspricht 156 hex)
  • Register-Typ (-t), hier im Beispiel: 32bit Input-Register mit Float-Wert
  • Byte-Reihenfolge "Big endian" (-B)
  • erste Adresse is 0 anstatt 1 (-0)
  • Register nur einmal auslesen (-1)

Der Aufruf sorgt dafür, dass das Register einmal ausgelesen wird und der Register-Wert (hier im Beispiel: 2952.21) angezeigt wird.

$ mbpoll -a 1 -r 342 -t 3:float -B -0 -1 localhost
mbpoll 1.4-12 - FieldTalk(tm) Modbus(R) Master Simulator
Copyright © 2015-2019 Pascal JEAN, https://github.com/epsilonrt/mbpoll
This program comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY.
This is free software, and you are welcome to redistribute it
under certain conditions; type 'mbpoll -w' for details.

Protocol configuration: Modbus TCP
Slave configuration...: address = [1]
                        start reference = 342, count = 1
Communication.........: localhost, port 502, t/o 1.00 s, poll rate 1000 ms
Data type.............: 32-bit float (big endian), input register table

-- Polling slave 1...
[342]:  2952.21