JP2011234171A - Modbus control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上位システムと複数の制御機器とがModbus通信するModbus制御システムに関するものである。 The present invention relates to a Modbus control system in which a host system and a plurality of control devices perform Modbus communication.
Modbusは、Modicon社が、同社のプログラマブルロジックコントローラ（PLC）向けに策定したシリアル通信プロトコルであるが、産業界におけるデファクト標準の通信プロトコルとなり、現在では産業用電子機器を比較的小規模にネットワーク接続する一般的手段として広く使用されている。PLCによるシーケンス制御装置については、特許文献１に技術開示がある。 Modbus is a serial communication protocol developed by Modicon for its programmable logic controller (PLC), but has become the de facto standard communication protocol in the industry, and now industrial electronics are connected to networks on a relatively small scale. It is widely used as a general means. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133867 discloses a technique for a sequence control device using a PLC.
Modbusが普及した理由は、仕様が公開されていて利用が無料であること、実装が比較的容易であること、データをそのまま転送できベンダーに多くの制約を設けていないこと等による。 Modbus has become popular because its specifications are publicly available and free to use, it is relatively easy to implement, and data can be transferred as it is without many restrictions on vendors.
図６は、従来のModbus制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。複数の制御システム１０，２０，…が通信バス３０を介して上位システム４０と通信する。上位システムは、DCS（Distributed Control System）、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)等である。 FIG. 6 is a functional block diagram showing a configuration example of a conventional Modbus control system. A plurality of control systems 10, 20,... Communicate with the host system 40 via the communication bus 30. The host system is DCS (Distributed Control System), SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), or the like.
制御システム１０は、複数の下位センサと通信して制御するModbus制御機器１１、１２を備え、通信バス３０を介して上位システム４０と通信する。同様に、制御システム２０は、複数の下位センサと通信して制御するModbus制御機器２１、２２を備え、通信バス３０を介して上位システム４０と通信する。 The control system 10 includes Modbus control devices 11 and 12 that communicate with and control a plurality of lower sensors, and communicate with the upper system 40 via the communication bus 30. Similarly, the control system 20 includes Modbus control devices 21 and 22 that communicate with and control a plurality of lower sensors, and communicate with the upper system 40 via the communication bus 30.
このように、Modbus通信を利用する計測・制御システムにおいては、DCSやSCADAシステム等の上位システムとPLC等の制御機器を接続する際、図６に示すように上位システム４０の直下に制御機器１０、２０を接続して運用することが一般的である。 As described above, in a measurement / control system using Modbus communication, when a host system such as a DCS or SCADA system is connected to a control device such as a PLC, the control device 10 is directly under the host system 40 as shown in FIG. , 20 are generally connected and operated.
Modbus通信機能を有する制御機器は、上位システムからのModbus通信による制御指令を受けて、下位に接続されているセンサをコントロールして制御対象の制御を実行すると共に、制御する過程で検出した警報信号をModbus通信により上位システムに対して送信する。 A control device having a Modbus communication function receives a control command by Modbus communication from a host system, and controls a sensor connected to the lower level to execute control of a control target, and an alarm signal detected in the control process Is sent to the host system via Modbus communication.
図７は、Modbus制御機器のレジスタに対する従来のModbusシーケンシャルアクセスのデータフォーマットである。図７（Ａ）はModbusシーケンシャルアクセス（Read）のデータフォーマット、図７（Ｂ）はModbusシーケンシャルアクセス（Write）のデータフォーマットである。 FIG. 7 shows a data format of conventional Modbus sequential access to the registers of the Modbus control device. 7A shows the data format of Modbus sequential access (Read), and FIG. 7B shows the data format of Modbus sequential access (Write).
Modbusシーケンシャルアクセスのデータフォーマットでは、アクセスの開始アドレスとレジスタ数が記述されるので、通信相手の連続している複数アドレスへのアクセスは一回の通信手続きで完了するが、連続していないレジスタにアクセスするためには、複数回の通信手続きが必要になる。 In the Modbus sequential access data format, the access start address and the number of registers are described, so access to multiple consecutive addresses of the communication partner can be completed with a single communication procedure, but in a non-continuous register. In order to gain access, multiple communication procedures are required.
従来構成では次のような問題がある。
（１）制御機器が直接上位システムとModbus通信でデータのやり取りを行うため、制御機器間で通信トラフィックのコントロールを行うことができない。そのため、上位システムからの制御指令が、別の機器との通信により遮断され、制御機器に到達するまでの時間が遅延する可能性がある。
The conventional configuration has the following problems.
(1) Since the control device directly exchanges data with the host system via Modbus communication, communication traffic cannot be controlled between the control devices. Therefore, there is a possibility that the control command from the host system is interrupted by communication with another device and the time until it reaches the control device is delayed.
（２）制御機器が直接上位システムとModbus通信するため、上位システムがダウンするとシステム全体の制御動作が停止してしまう。 (2) Since the control device directly communicates with the host system via Modbus, the control operation of the entire system stops when the host system goes down.
（３）通常のModbus通信では、通信相手の連続していないModbusレジスタにアクセスするためには、複数回の通信手続きが必要になる。このため、同一の機器に対して何度も通信データのやり取りが行われ、結果として通信トラフィックの増大を招いている。 (3) In normal Modbus communication, a plurality of communication procedures are required to access a non-continuous Modbus register of the communication partner. For this reason, communication data is repeatedly exchanged with the same device, resulting in an increase in communication traffic.
本発明の目的は、従来システムに対して通信トラフィックの大幅な軽減を可能とするModbus制御システムを実現することにある。 An object of the present invention is to realize a Modbus control system that enables a significant reduction in communication traffic compared to a conventional system.
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）上位システムと複数の制御機器とがModbus通信するModbus制御システムにおいて、
前記制御機器は、
前記上位システムの制御指令をModbus子制御機器に送信するModbusマスタ／クライアント機能並びに前記上位システムからの制御指令を受信すると共に前記Modbus子制御機器からの警報信号を受信するModbusスレーブ／サーバ機能を具備するModbus親制御機器と、
前記Modbus親制御機器に対して警報信号を送信するModbusマスタ／クライアント機能並びに前記Modbus親制御機器からの制御指令を受信するModbusスレーブ／サーバ機能を具備するModbus子制御機器と、
を備えることを特徴とするModbus制御システム。
In order to achieve such a subject, the present invention has the following configuration.
(1) In a Modbus control system where Modbus communication is performed between the host system and multiple control devices.
The control device is
A Modbus master / client function for transmitting the control command of the host system to the Modbus slave control device and a Modbus slave / server function for receiving a control command from the host system and receiving an alarm signal from the Modbus slave control device Modbus parent control device to
A Modbus child control device having a Modbus master / client function for transmitting an alarm signal to the Modbus parent control device and a Modbus slave / server function for receiving a control command from the Modbus parent control device;
A Modbus control system comprising:
（２）前記Modbus親制御機器と前記Modbus子制御機器間のModbus通信において、通信相手側の不連続な複数レジスタへのアクセスを１回の通信手続きで指定するランダムアクセス機能を備えることを特徴とする（１）に記載のModbus制御システム。 (2) In Modbus communication between the Modbus master control device and the Modbus child control device, a random access function is provided for designating access to a plurality of discontinuous registers on the communication partner side in one communication procedure. The Modbus control system described in (1).
（３）前記ランダムアクセスによる前記Modbus親制御機器と前記Modbus子制御機器間のModbus通信において、通信周期の空隙時間内に、前記制御指令の優先的な送受信を実行することを特徴とする（２）に記載のModbus制御システム。 (3) In Modbus communication between the Modbus parent control device and the Modbus child control device by the random access, the control command is preferentially transmitted and received within a gap time of a communication cycle (2) ) Modbus control system.
（４）前記ランダムアクセスによる前記Modbus親制御機器と前記Modbus子制御機器間のModbus通信において、通信周期の空隙時間内に、前記警報信号の優先的な送受信を実行することを特徴とする（２）に記載のModbus制御システム。 (4) In Modbus communication between the Modbus parent control device and the Modbus child control device by the random access, the alarm signal is preferentially transmitted and received within a gap time of a communication cycle (2 ) Modbus control system.
本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）Modbus通信において、個々の制御機器がModbus マスタ/クライアント機能とModbus スレーブ/サーバ機能を同時に有することにより、制御機器同士が制御データのやり取りをすることが可能となる。
According to the present invention, the following effects can be expected.
(1) In Modbus communication, each control device simultaneously has a Modbus master / client function and a Modbus slave / server function, so that control devices can exchange control data.
（２）制御機器同士が自立的に制御データのやり取りを行うことによって、従来技術のシステムと比較して、上位システムと制御機器間での通信トラフィックを軽減することができる。 (2) When control devices exchange control data autonomously, communication traffic between the host system and the control device can be reduced as compared with the prior art system.
（３）ランダムアクセス機能を定義することにより、シーケンシャルアクセスで必要な同一機器間で複数回の通信手続きを省略することができるため、通信トラフィックを軽減することができる。 (3) By defining the random access function, it is possible to omit a plurality of communication procedures between the same devices required for sequential access, thereby reducing communication traffic.
（４）制御機器間同士での通信データのやり取りを通信周期毎に行うように通信するタイミングを限定することにより、制御指令や警報信号等、制御システム上即時性の求められる信号を通信周期間の空隙時間で優先的に処理することができ、データの到達とリアルタイム性が保障される。 (4) By limiting the timing of communication so that communication data is exchanged between control devices at every communication cycle, signals that require immediateness on the control system, such as control commands and alarm signals, are transmitted between communication cycles. Data can be preferentially processed in the gap time, and the arrival of data and real-time performance are guaranteed.
（５）制御機器同士が制御データのやり取りを行うことができるため、個々の制御機器が直接上位システムと通信する従来手法と比較して、自立的にシステムを運用することができる。これにより、上位システムがダウンした場合、制御のバックアップ動作が行えるようになる。 (5) Since the control devices can exchange control data with each other, the system can be operated autonomously as compared with the conventional method in which each control device directly communicates with the host system. As a result, when the host system goes down, the control backup operation can be performed.
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用したModbus制御システムの一実施例を示す機能ブロック図である。図６で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of a Modbus control system to which the present invention is applied. The same elements as those in the conventional configuration described with reference to FIG.
本発明が適用される制御システム１００及び２００の夫々は、上位システム４０と直接通信するModbus親制御機器１０１及び２０１を備える。制御システム１００は、Modbus親制御機器１０１と通信する下位の２台のModbus子制御機器１０２，１０３を備える。 Each of the control systems 100 and 200 to which the present invention is applied includes Modbus master control devices 101 and 201 that communicate directly with the host system 40. The control system 100 includes two lower Modbus child control devices 102 and 103 that communicate with the Modbus parent control device 101.
同様に、制御システム２００は、Modbus親制御機器２０１と通信する下位の２台のModbus子制御機器２０２，２０３を備える。尚、Modbus親制御機器及びModbus子制御機器が複数の下位センサと通信して制御する構成は、図６に示した従来システムと同一である。 Similarly, the control system 200 includes two lower Modbus child control devices 202 and 203 that communicate with the Modbus parent control device 201. The configuration in which the Modbus parent control device and the Modbus child control device communicate with and control a plurality of lower sensors is the same as the conventional system shown in FIG.
図２は、Modbus親制御機器及びModbus子制御機器が備える機能及び目的を整理した表である。Modbus親制御機器は、Modbusマスタ／クライアント機能を有し、上位システムからの制御指令をModbus子制御機器に送信する。更にModbus親制御機器は、Modbusスレーブ／サーバ機能を有し、上位システムからの制御信号を受信すると共に、Modbus子制御機器からの警報信号を受信する。 FIG. 2 is a table in which the functions and purposes of the Modbus parent control device and the Modbus child control device are arranged. The Modbus master control device has a Modbus master / client function, and transmits a control command from the host system to the Modbus slave control device. Further, the Modbus parent control device has a Modbus slave / server function, and receives a control signal from the host system and an alarm signal from the Modbus child control device.
Modbus子制御機器は、Modbusマスタ／クライアント機能を有し、Modbus親制御機器に警報信号を送信する。更にModbus子制御機器は、Modbusスレーブ／サーバ機能を有し、Modbus親制御機器からの制御信号を受信する。 The Modbus child control device has a Modbus master / client function and transmits an alarm signal to the Modbus parent control device. Further, the Modbus child control device has a Modbus slave / server function and receives a control signal from the Modbus parent control device.
Modbus親制御機器及びModbus子制御機器が備えるマスタ／クライアント機能及びModbusスレーブ／サーバ機能は、Modbus親制御機器とModbus子制御機器間のModbus通信において、通信相手側の不連続な複数レジスタへのアクセスを１回の通信手続きで指定するランダムアクセス機能を備える。 The master / client function and Modbus slave / server function of the Modbus master control device and Modbus child control device are used to access discontinuous multiple registers on the communication partner side in Modbus communication between the Modbus parent control device and Modbus child control device. Is provided with a random access function that designates a single communication procedure.
各制御システムにおいてModbus親制御機器とModbus子制御機器を上位下位の階層構成とすることで、上位システムと直接通信データをやり取りするのはModbus親制御機器のみとすることができる。Modbus親制御機器は、下位のModbus子制御機器に対して上位システムからの制御指令を送信する。また、Modbus親制御機器は、Modbus子制御機器から送信された警報信号を受信して上位システムに送信する。 In each control system, the Modbus parent control device and the Modbus child control device have a higher and lower hierarchy, so that only the Modbus parent control device can directly exchange communication data with the higher system. The Modbus parent control device transmits a control command from the upper system to the lower Modbus child control device. Further, the Modbus parent control device receives the alarm signal transmitted from the Modbus child control device and transmits it to the host system.
Modbus通信において、個々の制御機器がModbus マスタ/クライアント機能とModbus スレーブ/サーバ機能を同時に有することにより、制御機器同士が制御データのやり取りをすることが可能となる。制御機器同士が自立的に制御データのやり取りを行うことによって、従来技術のシステムと比較して、上位システムと制御機器間での通信トラフィックを軽減することができる。 In Modbus communication, each control device has a Modbus master / client function and a Modbus slave / server function at the same time, allowing control devices to exchange control data. By allowing control devices to exchange control data autonomously, communication traffic between the host system and the control device can be reduced as compared with the prior art system.
図３は、Modbus親制御機器とModbus子制御機器間のランダムアクセス通信のイメージ図である。ランダムアクセス機能を定義することにより、同一機器間で複数回の通信手続きを省略することができるため、相手側の不連続なレジスタへのアクセスの場合でも、同一の機器に複数回Modbus通信を行うことを回避でき、通信トラフィックの軽減に貢献することができる。 FIG. 3 is an image diagram of random access communication between the Modbus parent control device and the Modbus child control device. By defining the random access function, it is possible to omit multiple communication procedures between the same devices, so even when accessing discontinuous registers on the other side, Modbus communication is performed multiple times to the same device. Can be avoided, and communication traffic can be reduced.
図４は、本発明を適用したModbus制御機器のレジスタに対するModbusランダムアクセスのデータフォーマットである。図４（Ａ）はModbusランダムアクセス（Read）のデータフォーマット、図４（Ｂ）はModbusランダムアクセス（Write）のデータフォーマットである。 FIG. 4 is a data format of Modbus random access to a register of a Modbus control device to which the present invention is applied. 4A shows the data format of Modbus random access (Read), and FIG. 4B shows the data format of Modbus random access (Write).
本発明のModbusランダムアクセスのデータフォーマットでは、アクセス対象のレジスタ番号が列挙的に記述されるので、通信相手の連続してない複数アドレスへのアクセスでも一回の通信手続きアクセスを完了することが可能である。 In the Modbus random access data format of the present invention, the register numbers to be accessed are listed in an enumerated manner, so it is possible to complete one communication procedure access even if the communication partner accesses multiple addresses that are not consecutive. It is.
図５は、Modbus通信周期の空隙時間で実行される優先通信を説明するシーケンス図である。図５（Ａ）は、Modbus親制御機器とModbus子制御機器間で所定の通信周期(例えば、100msec 毎)で実行される制御機器間の定周期通信を示す。 FIG. 5 is a sequence diagram illustrating priority communication executed in the gap time of the Modbus communication cycle. FIG. 5A shows fixed-cycle communication between control devices executed at a predetermined communication cycle (for example, every 100 msec) between the Modbus parent control device and the Modbus child control device.
ランダムアクセスのデータフォーマットを用いれば、制御機器間通信のトラフィックが軽減されるので、周期的な制御機器間との通信データのやり取りの間に空隙時間を存在させることが容易である。 If the random access data format is used, the communication traffic between the control devices is reduced. Therefore, it is easy to have a gap time between the communication data exchanges periodically between the control devices.
この空隙時間で優先通信を実行することが可能である。図５（Ｂ）は、この空隙時間で実行される上位システムからの制御指令の送受信タイミングを示す。図５（Ｃ）は、制御機器の警報信号の送受信タイミングを示す。
制御システム上、制御指令と警報信号は、他の通信データと比較して即時性を求められるので、制御機器間で通信データのやり取りが行われていない空隙時間を利用して、優先通信データの送受信を実行することにより、データの到達とリアルタイム性が保障される。
Priority communication can be executed in this gap time. FIG. 5B shows the transmission / reception timing of the control command from the host system executed in this gap time. FIG. 5C shows the transmission / reception timing of the alarm signal of the control device.
On the control system, the control command and the alarm signal are required to be immediate compared to other communication data. Therefore, using the gap time during which communication data is not exchanged between control devices, the priority communication data By executing transmission / reception, the arrival of data and real-time performance are guaranteed.
３０ 通信バス
４０ 上位システム
１００、２００ 制御システム
１０１、２０１ Modbus親制御機器
１０２、１０３、２０２、２０３ Modbus子制御機器
30 Communication bus 40 Host system 100, 200 Control system 101, 201 Modbus parent control device 102, 103, 202, 203 Modbus child control device
Claims (4)
前記制御機器は、
前記上位システムの制御指令をModbus子制御機器に送信するModbusマスタ／クライアント機能並びに前記上位システムからの制御指令を受信すると共に前記Modbus子制御機器からの警報信号を受信するModbusスレーブ／サーバ機能を具備するModbus親制御機器と、
前記Modbus親制御機器に対して警報信号を送信するModbusマスタ／クライアント機能並びに前記Modbus親制御機器からの制御指令を受信するModbusスレーブ／サーバ機能を具備するModbus子制御機器と、
を備えることを特徴とするModbus制御システム。 In the Modbus control system in which the host system and multiple control devices communicate with Modbus,
The control device is
A Modbus master / client function for transmitting the control command of the host system to the Modbus slave control device and a Modbus slave / server function for receiving a control command from the host system and receiving an alarm signal from the Modbus slave control device Modbus parent control device to
A Modbus child control device having a Modbus master / client function for transmitting an alarm signal to the Modbus parent control device and a Modbus slave / server function for receiving a control command from the Modbus parent control device;
A Modbus control system comprising:
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