Neutron Modbus RTU/TCP — manuale di integrazione

CloudScale Neutron NS e Neutron NT offrono un’interfaccia Modbus per leggere dati di pesatura, informazioni di stato, I/O digitali e dati di taratura e per eseguire comandi selezionati della bilancia. L’interfaccia è destinata a integrazioni con PLC, SCADA, HMI, MES e software su misura.

Neutron supporta le seguenti varianti di trasporto Modbus:

Le funzioni e le aree dei registri disponibili costituiscono la stessa interfaccia logica per Modbus TCP e Modbus RTU, salvo che TCP utilizza un Unit Identifier soltanto dove richiesto dal client o dal gateway.

Importante: i parametri di comunicazione, come le impostazioni della porta seriale e della rete, devono essere configurati in Neutron prima di collegare il master Modbus. Il dispositivo utilizza l’indirizzo Modbus configurato dal parametro MBA.

Modbus TCP è disponibile tramite la connessione di rete di Neutron. Utilizzate l’indirizzo IP assegnato al dispositivo e la porta TCP 502. La comunicazione TCP non richiede una configurazione della linea seriale.

Per utilizzare Modbus TCP, selezionate Modbus TCP tra le interfacce di comunicazione della bilancia (parametro SCI). Potete utilizzare Modbus TCP insieme ad altre interfacce, ad esempio continuare a usare RS-232 per comunicare con un computer tramite protocollo CSCP.

Quando sono indicati più valori SCI, configurate le interfacce in base alla configurazione di comunicazione Neutron selezionata. Dopo aver applicato le modifiche, riavviate la comunicazione o il dispositivo quando richiesto dal menu di configurazione.

Per un’installazione industriale stabile, Ethernet è consigliata quando è disponibile una rete cablata. Il Wi-Fi introduce latenza dipendente dalla rete e deve essere valutato nell’ambiente applicativo.

Modbus RTU può essere utilizzato tramite RS-232 o RS-485. Le impostazioni di comunicazione seriale del master Modbus devono corrispondere a quelle dell’interfaccia seriale configurate in Neutron. L’ID slave Modbus è impostato da MBA ed è predefinito a 1.

Per utilizzare Modbus RTU, selezionate Modbus RS-232 oppure Modbus RS-485 tra le interfacce di comunicazione della bilancia (parametro SCI).

Seguite sempre le indicazioni dei morsetti Neutron e lo schema di cablaggio fornito con il dispositivo. I produttori non indicano sempre allo stesso modo la polarità RS-485; se non si stabilisce la comunicazione, verificate la polarità A/B e la configurazione del master.

Questo manuale utilizza la notazione di riferimento Modbus convenzionale, ad esempio 40101. Molti strumenti client Modbus utilizzano indirizzi iniziali a base zero. In questi strumenti, eliminate la cifra iniziale dell’area dei registri e sottraete 1 all’indirizzo di riferimento.

Confermate la convenzione di indirizzamento del master Modbus prima della messa in servizio. Uno scostamento di un registro è la causa più comune di interpretazione errata dei dati.

Esempio: quando il campo della posizione decimale indica 2 decimali, il valore con segno a 32 bit 12345 rappresenta 123.45 nell’unità attiva. L’unità è disponibile nel registro 40113 ed è anche codificata nel registro di configurazione uscite/stato.

Le operazioni di scrittura sulle uscite controllate da una funzione configurata vengono rifiutate. Tra le uscite tipicamente controllate da funzioni vi sono quelle di tolleranza e dosaggio.

La mappa principale consente ai master semplici di ottenere peso netto o lordo e dati di stato essenziali utilizzando un piccolo intervallo contiguo di registri.

Per le applicazioni che richiedono tutti gli stati delle uscite, utilizzate il registro 40115. Utilizzate il registro 40116 per determinare quali uscite sono attualmente riservate dalla funzione attiva.

Scrivete un codice di comando nell’holding register 40232. Scrivete il parametro opzionale in 40233 prima di inviare il comando. Lo stato del comando può essere letto da 40231. Il codice di comando 0 azzera il blocco delle ripetizioni e consente di eseguire nuovamente lo stesso comando.

Scorciatoia: anche la scrittura del codice di comando nell’holding register 40001 esegue il comando. Per un’integrazione prevedibile sono consigliati i registri dei comandi estesi 40232 e 40233, soprattutto quando serve un parametro.

Esempio: per attivare DO1 e DO3 con il codice di comando 25, scrivete la maschera di bit binaria 000101 (decimale 5) in 40233, quindi scrivete 25 in 40232. Verificate il risultato tramite il registro 40115 o le coil 1..6.

La calibrazione viene eseguita tramite holding register. I dati di calibrazione riuscita vengono memorizzati nella memoria flash. Se la calibrazione fallisce, i dati modificati non vengono salvati.

Il punto 1 inizia da 40310, indirizzo iniziale a base zero 309. Ogni punto di calibrazione utilizza otto registri. Il registro iniziale del punto N è 40310 + ((N - 1) x 8).

Esempi: punto 1 = 40310-40317; punto 2 = 40318-40325; punto 3 = 40326-40333; punto 8 = 40366-40373.

Registro degli indicatori 40384: il bit 0 determina se è richiesta la stabilità. Il valore 0 esegue immediatamente; il valore 1 richiede una media ADC stabile. Tutti gli altri bit degli indicatori sono riservati.

Il firmware elabora la calibrazione soltanto quando il registro di attivazione 40385 passa a un valore diverso da zero. Utilizzate la sequenza seguente per ogni comando di calibrazione:

Nota di sicurezza: calibrazione, azzeramento, tara e controllo delle uscite possono influire sul risultato della pesatura e sulle macchine collegate. Applicate il controllo degli accessi, validate i comandi nell’applicazione host e assicuratevi che tutte le operazioni rispettino i requisiti metrologici e di sicurezza delle macchine applicabili.

Questo capitolo descrive l’interfaccia CHECKWEIGHER di base, versione 1 della mappa dei registri. Supporta la lettura dello stato del processo e dell’ultimo risultato completato, la selezione di una ricetta esistente, la configurazione dell’avvio automatico e START / STOP / STOP NOW / RESET. Modifica delle ricette, configurazione dei filtri, selezione dell’applicazione, assegnazione degli I/O e streaming diagnostico dettagliato non sono inclusi. Configurateli tramite la normale interfaccia di impostazione prima di utilizzare questo blocco.

La mappa è identica su Modbus TCP e sulle interfacce Modbus RTU attivate. Utilizzate un solo client/master di controllo; ulteriori lettori possono monitorare i dati. Esiste una sola casella dei comandi condivisa tra tutti i trasporti, non una per client. Non utilizzate richieste broadcast per questa interfaccia. Prima di controllare, leggete il blocco e confermate application=4 (CHECKWEIGHER), canale e validità dell’istantanea.

Gli indirizzi seguenti sono indirizzi PDU a base zero. Per i client che utilizzano la notazione 4xxxx, riferimento = 40001 + indirizzo: l’indirizzo 400 è 40401 e l’indirizzo 480 è 40481. Utilizzate la funzione 03 (o 04) per leggere. Scrivete i comandi soltanto con la funzione 16 (0x10), iniziando da 480 e scrivendo esattamente otto registri. La funzione 06 e le scritture parziali vengono rifiutate. I registri di risultato e stato sono di sola lettura. L’intervallo tra i blocchi di lettura e scrittura non è leggibile.

Leggete l’indirizzo 400, quantità 48, per ottenere stato, conferma del comando e ultimo risultato in un’unica richiesta. In alternativa, leggete 400/quantità 24 per lo stato oppure 424/quantità 24 per il risultato. Tutti i valori a 32 bit utilizzano prima la parola alta; ogni registro segue l’ordine Modbus standard con byte alto per primo. Non dividete un valore a 32 bit tra richieste separate.

Stato e ultimo risultato vengono copiati sotto il blocco del processo. Ogni risposta contiene un’istantanea coerente; una richiesta successiva può vedere dati più recenti. RESULT_SEQ, RESULT_ID, DECIMALS e UNIT appartengono al risultato memorizzato, non alla ricetta attualmente selezionata. Prima del primo risultato, il bit 0 degli indicatori non è impostato: non interpretate i campi del risultato riempiti di zeri come un prodotto reale di peso zero. La lettura non consuma né cancella mai un risultato.

Esempio: W high=0x0000, low=0x07D1 fornisce l’intero con segno 2001. Con DECIMALS=1 e UNIT=0, la massa è 200.1 g. I valori negativi utilizzano il complemento a due a 32 bit. Se la conversione supera INT32 o il valore della bilancia non è rappresentabile, il bit di validità corrispondente non è impostato, i relativi registri numerici sono zero e viene impostato il bit 3 degli indicatori. Il risultato originale del prodotto non cambia.

Per COMMAND 2, 3 o 4, CHANGE_MASK, RECIPE_ID e AUTOSTART devono essere tutti 0. Le impostazioni possono essere combinate con COMMAND 0 o 1. Le modifiche alla selezione della ricetta e all’avvio automatico richiedono un processo arrestato e svuotato. START senza il bit di modifica della ricetta avvia quella attualmente selezionata. La selezione dell’applicazione e la creazione delle ricette restano fuori dall’ambito Modbus.

L’intero frame viene validato prima dell’accettazione. Nessuna scrittura parziale del blocco di controllo ha effetto. Una risposta normale alla funzione 16 significa che la richiesta è stata accettata nella casella, non che START sia riuscito. L’esecuzione avviene nel ciclo principale esistente. Interrogate finché ACK_ID corrisponde all’ID inviato e COMMAND_STATE è DONE o ERROR. BUSY può durare troppo poco per essere osservato; non richiedete mai di osservarlo prima di accettare DONE.

Mantenete una sola richiesta in sospeso. Se la scrittura va in timeout, rileggete BOOT_ID, REQUEST_ID e ACK_ID. Se il token di avvio è invariato, ritrasmettete, se necessario, esattamente le stesse otto parole. La ripetizione dell’ultima richiesta accettata con dati identici viene confermata senza eseguirla di nuovo, sia durante l’attesa sia dopo il completamento. Vengono rifiutati lo stesso ID con dati modificati, ID saltati o vecchi, un token di avvio diverso o un’altra richiesta durante BUSY. Dopo un riavvio, risincronizzatevi con il nuovo token e lo stato attuale del processo; non ripetete automaticamente un vecchio START.

Per rilevare i duplicati viene conservata soltanto l’ultima richiesta; non esiste un registro persistente dei comandi. Un riavvio della rete senza riavvio del dispositivo non cancella la casella. Questo protocollo presuppone un solo PLC di controllo; non arbitra scrittori concorrenti. Il token di avvio e il contatore delle richieste impediscono ripetizioni accidentali, non accessi non autorizzati.

Viene applicata prima la selezione della ricetta, poi l’avvio automatico e infine il comando. Sintassi, intervallo degli ID e validità della ricetta vengono verificati prima delle modifiche alle impostazioni. Errori della flash possono comunque lasciare applicata un’impostazione precedente. APPLIED_MASK indica esattamente quali impostazioni richieste sono riuscite. Ad esempio, la ricetta 25 e AUTOSTART=1 possono essere salvati mentre START viene rifiutato perché CONS è inattivo: COMMAND_STATE=ERROR, COMMAND_ERROR=11, APPLIED_MASK=3. Le impostazioni non vengono ripristinate. Rileggete ACTIVE_ID e AUTOSTART prima di decidere cosa riprovare.

I codici di errore seguenti appartengono a COMMAND_ERROR e non vanno confusi con i campi di errore del processo o del prodotto. Una scrittura rifiutata a livello di trasporto non modifica la casella o ACK_ID. Indirizzi non validi, scritture su dati di sola lettura, scritture parziali e intervalli di blocco non supportati restituiscono l’eccezione Modbus 02. Una scrittura di controllo di otto parole con indirizzo corretto ma dati, token, sequenza o stato della casella non validi restituisce l’eccezione 03.

STOP DRAIN non accetta nuovi prodotti e completa prodotti ed eventi delle uscite già accettati. La conferma DONE indica che l’arresto è stato richiesto; STATE=5 ne conferma il completamento. STOP NOW annulla prodotti ed eventi aperti e disattiva le uscite di processo. STOP non sostituisce RESET in presenza di un guasto bloccante. RESET ricontrolla bilancia e prerequisiti e non avvia il nastro; se la causa permane, fallisce. Tutti i comandi utilizzano i normali interblocchi della selezionatrice ponderale. Un risultato è l’esito di una misura, non la conferma che un attuatore fisico di espulsione abbia funzionato.

AUTOSTART è l’impostazione persistente CWAUTO, predefinita a 0. Attivarla non provoca un avvio immediato; combinatela con COMMAND=1 per uno START immediato. All’avvio successivo del dispositivo, l’applicazione CHECKWEIGHER deve essere selezionata, l’azzeramento iniziale deve essere abilitato e riuscire e deve essere disponibile una ricetta permanente valida, l’ultima attiva. Restano validi i normali controlli START. Un tentativo fallito all’avvio non viene ripetuto se un ingresso cambia in seguito. STOP manuale, PAUSE o guasti non provocano un riavvio automatico. Valori invariati non causano un’altra scrittura delle impostazioni.

AUTO_STATE: 0 DISABLED; 1 WAIT_ZERO; 2 ZERO_DISABLED; 3 ZERO_FAILED; 4 NO_PRODUCT; 5 STARTED; 6 START_FAILED; 7 CANCELLED; 8 INACTIVE; 9 INIT_FAILED. AUTO_ERROR è il codice dello START rifiutato all’avvio. Questo è l’esito del tentativo all’avvio; STATE e PROCESS_ERROR descrivono il processo attuale.

Esempio 1 — leggere tutto: funzione 03, PDU start=400, count=48 (riferimento 40401). Verificate MAP_VERSION=1, APPLICATION=4 e SNAPSHOT_VALID=1. Salvate BOOT_ID e ACK_ID. Non serve un comando per leggere i dati.

Esempio 2 — selezionare la ricetta 25, attivare l’avvio automatico e START con un’unica scrittura. Supponete BOOT_ID=0x12345678 e ACK_ID=0. Scrivete la funzione 16, PDU start=480, count=8 con parole decimali: [1, 3, 25, 1, 0, 1, 4660, 22136]. Le parole di avvio sono illustrative: copiatele sempre dal dispositivo. Attendete ACK_ID=1 e COMMAND_STATE=2, quindi verificate STATE=2 (RUN). Se COMMAND_STATE=3, controllate COMMAND_ERROR e APPLIED_MASK.

Esempio 3 — STOP DRAIN. Supponendo completata la richiesta precedente, inviate [2, 0, 0, 0, 0, 2, 4660, 22136]. Attendete ACK_ID=2. DONE conferma l’accettazione; continuate a interrogare finché STATE=5 (STOPPED). I prodotti in attesa possono ancora produrre risultati durante DRAINING.

Esempio 4 — modificare soltanto la ricetta, una volta arrestato il processo: [0, 1, 26, 0, 0, 3, 4660, 22136]. Lascia invariato l’avvio automatico e non avvia. Avviate successivamente con [1, 0, 0, 0, 0, 4, 4660, 22136].

Esempio 5 — ripristinare dopo un guasto risolto: COMMAND=4 con mask/recipe/autostart=0, ID della richiesta successivo e BOOT_ID attuale. Attendete una conferma riuscita; inviate uno START separato, se necessario. Non inviate RESET ripetutamente senza diagnosticare il guasto.

Logica PLC ciclica suggerita (pseudocodice Structured Text; adattate i nomi dei blocchi Modbus al vostro PLC):

ReadHoldingRegisters(Start := 400, Count := 48, Data := Rx);
BootId := JoinUInt32(Rx[1], Rx[2]);
AckId := JoinUInt32(Rx[18], Rx[19]);
IF BootId <> SavedBootId THEN
    SavedBootId := BootId; HaveSeenResult := FALSE;
    (* Resynchronise command handling; do not replay old START. *)
END_IF;
IF (Rx[15] = 1) AND ((Rx[27] AND 1) <> 0) THEN
    Seq := JoinUInt32(Rx[24], Rx[25]);
    IF NOT HaveSeenResult OR (Seq <> SavedSeq) THEN
        SavedSeq := Seq; HaveSeenResult := TRUE;
        IF ((Rx[27] AND 2) <> 0) AND (Rx[29] <> 65535) THEN
            Mass := SignedInt32(Rx[30], Rx[31]) / Power10(Rx[28]);
        END_IF;
        Samples := Rx[40]; ProductResult := Rx[38];
        (* Process this snapshot once, including invalid/rejected products. *)
    END_IF;
END_IF;

NS si riferisce all’ultimo prodotto completato e rimane invariato finché arriva un nuovo risultato. Un blocco dei registri dell’ultimo risultato non è una coda: se due prodotti terminano tra le interrogazioni, il risultato intermedio non è recuperabile tramite questa mappa di base. Monitorate le variazioni di SEQ e scegliete un intervallo di interrogazione inferiore al più breve intervallo tra prodotti. Dopo una riconnessione, decidete se registrare il primo risultato disponibile come istantanea recuperata o utilizzarlo soltanto come riferimento iniziale. Questa interfaccia non garantisce una traccia di audit per ogni prodotto.