Промислові мережі. ЛР5. Основи функціонування MODBUS TCP/IP.

1. Промислові мережі та інтеграційні технології. Лабораторний практикум. НУХТ. ІАСУ. О.М.Пупена
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5 (Дистанційна форма).
Основи функціонування MODBUS TCP/IP.
Тривалість: 1 акад. година.
Мета: Ознайомитися з принципами роботи Modbus TCP/IP, отримати навики побудови
та розшифрування кадрів Modbus TCP/IP.
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.5.1).
a. Комп’ютер (ПК1) та ПЛК з підтримкою Modbus TCP/IP Server, які з’єднані між собою
Ethernet'ом;
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 Packet Sender для відправки та прийому повідомлень поверх TCP/IP
https://packetsender.com (або аналогічна)
2. Середовище виконання для ПЛК, з функціоналом, аналогічним описаному в додатку
3.3 (з лабораторної роботи 3).
Програмне забезпечення, що використане у віртуальній лабораторній роботі.
1. Утиліта Packet Sender для відправки та прийому повідомлень поверх TCP/IP
https://packetsender.com (необхідно завантажити на віртуальну машину)
2. CoDeSys Control Win http://store.codesys.com/codesys-control-win-sl.html (вже
встановлено на образі віртуальної машини)
3. Виконавчий проект CoDeSys
https://drive.google.com/file/d/0B2FfwwwweBSVTm4xTThySm5KSjA/view?usp=sharin
g (встановлений на віртуальній машині в лабораторній роботі №3)
Загальна постановка задачі.
Цілі роботи:
1) навчитися формувати та розшифровувати пакети Modbus TCP/IP;
2) використовуючи Modbus TCP/IP та утиліту роботи з TCP-повідомленнями
керувати та контролювати об’єктом.
Послідовність виконання роботи.
1. Ознайомитись з додатком 5.1, встановити на віртуальну машину утиліту Packet
Sender.
2. Реалізувати з’єднання між пристроями.
а)Для реальної установки. Реалізувати з'єднання відповідно до рис.5.1, зробити необхідні
налаштування.
ПК1 ПЛК
Рис.5.1. Структурна схема лабораторної установки, що використовується у лабораторній
роботі з фізичними пристроями
Eth
Eth
Ethernet

2. 2
б)Для віртуальної установки. IP-з’єднання буде проводитися через спеціальну адресу
127.0.0.1 (localhost), яка посилається на той же вузол. Іншими словами обмін IP-пакетами
буде проходити в межах віртуальної машини.
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 Modbus TCP/IP повідомлення (ADU) на читання Holding Registers.
Побудуйте Modbus TCP/IP повідомлення (включаючи MBAP Header) на читання п’яти
Holding Registers починаючи з того, який відповідає за клапани для вашого варіанту.
Повідомлення занотуйте згідно формату визначеного в додатку 5.2
5. Відправка кадру на читання Holding Registers на контролер.
Завантажте Packet Sender. Відправте послідовність байт повідомлення на
віртуальний/реальний контролер через 502-й порт TCP. 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 повідомлення, що йдуть після MBAP Header. Якщо відповідь позитивна - перейдіть на
п.6, якщо негативна (є помилка обробки функції) – повторіть пункти 4-5 уважніше.
6. Розшифрування повідомлення
Зробіть копію екрану з журналом Packet Sender.
Розшифруйте повідомлення і оформіть його, як описано в додатку 5.2. Значення усіх 5-ти
значень змінних дайте в десятковому форматі.
7. Формування всіх необхідних повідомлень
Сформуйте повідомлення-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 5.2.
Використовуючи Packet Sender та зв'язок Modbus TCP/IP, відправляючи сформовані запити,
добийтесь того, щоб:
- рівень в баці досягнув значення рівним: номер_варіанту*100+1000;
- температура в баці досягнула усталеного значення (не змінювалася);
Кожну відповідь записуйте у відповідну колонку таблиці визначеної в додатку 5.2.
Оформлення звіту.
Після закінчення роботи, відправте звіт у форматі DOC чи PDF, оформлений у вигляді,
наведеному в додатку 5.2.
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

3. 3
випадку виникнення помилок або запитань щодо проведення певного пункту, його необхідно
буде повторити.

4. 4
ДОДАТОК 5.1. УТИЛІТА ДЛЯ ВІДПРАВКИ/ПРИЙОМУ TCP/UDP ПАКЕТІВ .
Д.5.1.1. Призначення (https://packetsender.com).
Безкоштовна утиліта Packet Sender призначена для відправки та прийому повідомлень
всередині TCP або UDP пакетів. Повідомлення можна задавати як в символьному вигляді
(ASCII) так і у вигляді 16-кових байт-кодів. Утиліта Packet Sender доступна для різних типів
платформ.
У даній лабораторній роботі Packet Sender використовується для обміну з сервером Modbus
TCP, який знаходиться на віртуальному/реальному контролері. На віртуальній машині
підготовленій для даної дисципліни, Packet Sender відсутній, тому актуальну версію
необхідно завантажити зі сторінки сайту автору (https://packetsender.com/download). Ми
рекомендуємо завантажити портативну версію за посиланням
https://github.com/dannagle/PacketSender/releases/download/v4.7/PacketSenderPortable_2016-01-
24.zip. Після завантаження, ZIP-файл необхідно розпакувати і перенести на віртуальну
машину, наприклад в корінь диску C.
Д.5.1.2. Основи роботи з утилітою (https://packetsender.com/documentation)
Загальний вигляд утиліти показаний на рис.Д5.1. Для відправки пакету на конкретний вузол
його адреса IP вказується в поле Address, а TCP порт програми-серверу (у нашому випадку
це Modbus TCP/IP Сервер в контролері) вказується в полі Port. Повідомлення може
задаватися у вигляді байтової послідовності HEX кодів вказуючи їх в полі HEX через пробіл.
Для відправки повідомлення запиту необхідно натиснути кнопку "Send".
Усі відправлені та прийняті повідомлення відображаються в журналі повідомлень. На
рисунку Д.5.1 червоним кольором показане відправлене повідомлення-запит (поле
FromIP=You), а фіолетовим - прийняте повідомлення-відповідь (поле FromIP=127.0.0.1). Для
очистки журналу повідомлень необхідно натиснути "Clear Log"
Рис.Д5.1
.

5. 5
ДОДАТОК 5.2. ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ.
Пункт 4. Побудова Modbus TCP/IP повідомлення (ADU) на читання Holding Registers.
Байти повідомлення-запиту вписати в таблицю наступного формату:
байти Значення
HEX
Пояснення
1
2
3
…
n
Наприклад.
байти Значення
HEX
Пояснення
1 00 ідентифікатор транзакції (HI) = 0
2 00 ідентифікатор транзакції (LO)
3 00 Protocol ID (HI) = 0
4 00 Protocol ID (LO)
5 00 Length, кількість наступних байт (HI) = 6
6 06 Length, кількість наступних байт (LO)
7 00 Unit ID = 0
8 03 функція – читання Holding Registers
9 01 початкова адреса (HI) = з 40496
10 EF початкова адреса (LO)
11 00 кількість (HI) = 3 шт
12 03 кількість (LO)
Пункт 6. Розшифрування повідомлення
Навести копію екрану Packet Sender з отриманим повідомленням
Байти кадру-відповіді вписати в таблицю наступного формату:
байти Значення
HEX
Пояснення
1
2
3
…
n
Наприклад:
байти Значення
HEX
Пояснення
1 00 ідентифікатор транзакції (HI) = 0
2 00 ідентифікатор транзакції (LO)
3 00 Protocol ID (HI) = 0
4 00 Protocol ID (LO)
5 00 Length, кількість наступних байт (HI) = 13
6 0D Length, кількість наступних байт (LO)
7 00 Unit ID = 0
8 03 функція – читання Holding Registers

6. 6
9 0A лічильник байт = 10
10 00 Значення регістру 40496 (HI) = 0
11 00 Значення регістру 40496 (LO)
12 00 Значення регістру 40497 (HI) = 0
13 00 Значення регістру 40497 (LO)
14 03 Значення регістру 40498 (HI) = 1000
15 E8 Значення регістру 40498 (LO)
16 4C Значення регістру 40499 (HI) = 19519
17 3F Значення регістру 40499 (LO)
18 00 Значення регістру 40470 (HI) =0
19 00 Значення регістру 40470 (LO)
Пункт 7. Формування всіх необхідних повідомлень запитів, керування установкою та
нотування відповідей.
байти Призначення Кадр запиту (байти у
форматі HEX через
пробіл)
Кадри відповідей
(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