Лабораторне заняття 4. Основи функціонування MODBUS RTU
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА
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).
- 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.
- Усі досліди проводяться на віртуальній машині.
Програмне забезпечення для проведення лабораторної роботи з фізичними пристроями.
- Утиліта для роботи з СОМ-портом "COM Port Toolkit V4.0"  (або аналогічна)
- Середовище виконання для ПЛК, з функціоналом, аналогічним описаному в додатку 3.3 (з лабораторної роботи 3).
- Утиліта для розрахунку контрольної суми CRC16  (або аналогічна)
Програмне забезпечення, що використане у віртуальній лабораторній роботі.
- Утиліта для роботи з СОМ-портом "COM Port Toolkit V4.0"  (або аналогічна)
- Віртуальний нуль-модемний емулятор (com0com)  (вже встановлено на образі віртуальної машини)
- CoDeSys Control Win  (вже встановлено на образі віртуальної машини)
- Виконавчий проект CoDeSys  (встановлений на віртуальній машині в лабораторній роботі №3)
- Утиліта для розрахунку контрольної суми CRC16  (встановлений на віртуальній машині в лабораторній роботі)
Загальна постановка задачі.
Цілі роботи:
- навчитися формувати та розшифровувати кадри Modbus RTU;
- використовуючи Modbus та утиліту роботи з СОМ-потром керувати та контролювати об’єктом.
Послідовність виконання роботи.
1. Ознайомитись з додатком 4.1, 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
- 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  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.