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Schnellübersicht Modbus Funktionen

Leistungsmerkmale ohne Limits

Der Timberwolf Server ermöglicht die besonders einfache Integration von Modbus Geräten durch die Unterstützung aller gängigen Protokollvarianten und vielfältiger Konfigurationsmöglichkeiten.

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• Unterstützte Modbus Protokolle: Modbus RTU über serielle Schnittstellen und Modbus TCP über Ethernet

• Unterstützte Modbus Rollen: Der Timberwolf Server übernimmt im Modbus System die Rolle als Modbus Client (früher als „Master“ bezeichnet) ein und steuert die Kommunikation mit allen angeschlossenen Modbus Geräten

• Serielles Modbus RTU Interfaces als Extension verfügbar: Für den Betrieb von Modbus RTU steht für alle Modelle des Timberwolf Servers eine Erweiterung mit der „Dual Isolated Modbus Extension“ zur Verfügung. Eine solche Extension verfügt über jeweils zwei unabhängige Kanäle mit denen zwei getrennte Modbus RTU Universen parallel betrieben werden können. Dutzende solcher Extensions können am Timberwolf Server betrieben werden.

• Parallele Modbus Universen: Es können beliebig* viele Modbus Universen in zwei Protokollvarianten angelegt und parallel betrieben werden. Jedes der Modbus Universen verfügt über den vollen Adressbereich.

• Änderbare Zuordnung der Interfaces: Die angelegten Modbus Subsysteme (inkl. deren Gerätedefinitionen und Kommunikationsaufgaben) lassen sich frei den verfügbaren Modbus Interfaces zuweisen. Diese Virtualisierung erlaubt jederzeitigen Wechsel des Interfaces.

• Unbeschränkte Anzahl angeschlossener Modbus Geräte: Über alle angebundenen Modbus Universen hinweg können beliebig* viele Modbus Geräte angesprochen werden.

• Unbeschränkte Anzahl von Datenpunkten: Die Anzahl der maximal konfigurierbaren Datenpunkte ist nicht durch eine künstliche Grenze beschränkt*.

• Einfache Einrichtung durch grafische Benutzeroberfläche: Die Einrichtung der Funktionen erfolgt über eine responsive Web-App, die mit fast jedem Endgerät mit Browser genutzt werden kann. Einfache Einrichtung durch leicht bedienbare Assistenten, einblendbare Hilfetexte, interaktive Rückmeldungen. Unterstützung bei der Fehlersuche durch Live-Checks und Busmonitore.

• Ladbare Geräteprofile erlauben schnelle Konfiguration: Die Definition der Geräteeigenschaften, die bei manchen Modbus Geräten mehrere hundert Register mit jeweils Dutzenden Details umfassen kann, lassen sich beliebig ex- und importieren sowie extern durch Skripte erzeugen. Damit sind auch komplexe Modbus Geräte schnell einbindbar.

• Nahezu beliebige* Dekodierung / Kodierung: Eine interaktiv konfigurierbare Dekodierung- / Kodierung ermögliche den Austausch mit praktisch allen gängigen Datenformaten mit den Modbus Geräten

• Wertprüfung: Die abgefragten Werte können vor der Weiterverarbeitung einer Prüfung auf Einhaltung vorgegebener Wertegrenzen geprüft werden. Ebenfalls können - für die umgekehrte Richtung - die Objektinhalte vor der Übertragung auf das Modbus Gerät einer Prüfung gegen vorgegebene Wertgrenzen unterzogen werden.

• Konvertierung und Umrechnung von Datenformaten: Die Modbus Datenformate lassen sich fast beliebig in die internen Datenformate des Timberwolf Servers konvertieren und dabei mit frei angebbaren Formeln umrechnen. Dies ist auch in umgekehrter Richtung beim Übertragen von Werten auf das Modbus Gerät möglich.

• Beliebige Verknüpfungen der Datenpunkte: Jeder Modbus Datenpunkt kann im Timberwolf Server fast beliebig* mit jedem anderen Datenpunkt anderer Protokolle in einer n:m Beziehung verknüpft werden. Damit kann jeder Modbus Datenpunkt mit vielen anderen Datenpunkten gleicher oder anderer Technologien wie z.B. KNX, 1-Wire, DMX, Zeitserien, Logik, Visu usw. verbunden werden. Konvertierungen erfolgen automatisch oder können vorgegeben werden.

Datenaustauschoptionen

• Einstellbare RTU Parameter: 1.200 bis 115.200 Baud, 8 Datenbits, 1 oder 2 Stoppbits, einstellbare Parität

• Unterstützte Modbus Functioncodes: 01 / 02 / 03 / 04 / 05 / 06 / 08 / 15 / 16 / 43

• Unterstützte Registerbreiten: 1 / 16 / 32 / 48 / 64 / 96 / 128 / 256 Bit mit einer Abfrage

• Dekodierung nach Bitmaske: Für Registerabfragen mit 16 / 32 / 48 / 64 Bit kann jede beliebige Bitmaske (1 - 64 Bit) angewendet werden

• Konfigurierbare Byte-Reihenfolge: Litte Endian & Big Endian (insgesamt acht Kombinationen für 16 Bit / 32 Bit / 64 Bit)

• Dekodierbare Datentypen: Bool, Ganzzahl, vorzeichenbehaftete Ganzzahl (in den Formaten Einer- bzw. Zweierkomplement von 2 - 64 Bit), Fließkomma (in den Formaten 16 / 32 / 64 Bit), Text (ASCII)

• Unterstützte Modbus Errorcodes: 0x81 / 0x82 / 0x83 / 0x84 / 0x85 / 0x86 / 0x88 / 0x8F / 0x90 /

• Unterstützte Modbus Exceptioncodes: 01 / 02 / 03 / 04

• Sehr kurze Intervalle: Transaktionen für Abfragen von und Übertragungen zu Modbus Geräten lassen sich mit Intervallen ab 10 ms auslösen

• Gruppierte Transaktionen: Abfragen und Übertragungen können gruppiert und gemeinsam in einer festlegbaren Reihenfolge ausgelöst werden.

• Bedingte Auslöser: Übertragungen zu Modbus Geräten lassen sich durch mehrere Bedingungen, z.B. Wertänderung oder Zeitablauf, sowohl einzeln als auch gruppiert und durch Kombinationen daraus auslösen. Damit kann mit wenigen Klicks eingerichtet werden, dass Modbus Register gruppiert und in definierter Reihenfolge beschrieben werden, ausgelöst durch einstellbare Abhängigkeiten.

• Bedingte Sendefilter für Weiterleitung zum Objektsystem: Für Abfragegruppen lassen sich Sendefilter für die Weiterleitung zum internen Objektsystem des Timberwolf Server festlegen. Damit kann eine hohe Abfragerate so mit Filtern kombiniert werden, dass nur geänderte Werte bzw. nach längeren Intervallen an das interne Objektsystem weitergeleitet werden.

Modbus Funktionsmodule des Timberwolf Servers

Modbus Schnittstellenverwaltung

Das Management der Modbus Schnittstellen erfolgt mit der grafischen Web-APP, die mit praktisch allen Browsern auf fast allen Endgeräten genutzt werden kann. Die im Server enthaltenen und / oder daran angeschlossene Modbus Extensions werden von allen Modellen des Timberwolf Servers unterstützt, per Plug´n´Play erkannt und automatisch eingebunden.

• Administration: Verwaltung der Modbus Schnittstellen mit grafischer Schnittstellenverwaltung in der Web-APP

• Verbindungsstatistiken: Die Web-APP bietet Verbindungsstatistiken in der Schnittstellenverwaltung als Qualitätsanzeige an inkl. grafischer Ad-Hoc Analyse über Grafana (One-Button-Dashboard)

Modbus Profil Verwaltung

Die Datenaustauschpunkte eines Modbus Gerätes werden in einem Modbus Profil erfasst. Angegeben sind in einem Profil die Bezeichnungen und Beschreibungen zum Gerät, wichtige Zeitparameter sowie für die Datenaustauschpunkte die jeweiligen Registernummern, das Datenformat, die konfigurierten Wertprüfungen und Wertanpassungen und Konvertierungen. Diese Geräteprofile werden in einem grafischen Profileditor interaktiv erfasst und können exportiert und importiert werden.

• Profilverwaltung: Verwaltung der lokal gespeicherten Modbus Profile in einer Datenbank mit Suche und Filter in der grafischen Web-APP. Es können beliebig viele Profile lokal angelegt und verwaltet werden.

• Profilaustausch: Import und Export der Modbus Profile über eine Datei (json Format), damit einfache Übertragung der Modbus Geräteprofile auf andere Timberwolf Server

• Weltweit einmalige Profil-IDs: Timberwolf Server Modbus Profile sind mit einer weltweit eindeutigen ID gekennzeichnet, die mit einer digitalen Signatur ausgestattet ist

• Veränderungssperre: Im Geräte Manager genutzte, exportierte oder importierte Profile sind gegen Veränderungen gesperrt. Damit enthalten Geräteprofile mit gleicher ID weltweit die gleiche Konfiguration

• Interaktiver Profileditor: Interaktiver grafischer Profileditor unterstützt bei der Erfassung und Test der Datenaustauschpunkte, interaktive Überprüfung mit Live-Check

FUNKTIONSCODES, DATENZUGRIFF UND DATENKODIERUNG

Im Modbus Protokoll ist nur die grundlegende Kommunikation definiert (Adressierung, Anforderung, Antwort) jedoch nicht die Anordnung, Funktion und insbesondere nicht das Datenformat in den Registern. Die jeweiligen Hersteller sind frei darin, wie Daten insbesondere in den 16 Bit Registern formatiert sind und nutzen diese Freiheiten auch.

• Datenzugriffsverfahren / Modbus Functionscodes: Unterstützung der Modbus Functioncodes 01 / 02 / 03 / 04 / 05 / 06 / 08 / 15 / 16 / 43 für alle relevanten 1 und 16 Bit Operationen, jeweils Single- und Multi-Register

• Unterstützte Registerbreiten: Zugriffe mit 1 / 16 / 32 / 48 / 64 / 96 / 128 / 256 Bit mit einer Abfrage (größer 16 Bit sind dies Zugriffe auf mehrere zusammenhängenden Register von jeweils 16 Bit)

• Universell konfigurierbare Dekodierung / Kodierung: Universell konfigurierbare Dekodierung / Kodierung der binären Datenformate der Modbus Geräte über den grafischen Format-Assistenten mit Live-Check

• Datenreihenfolge: Einstellbare Datenreihenfolge für 16 / 32 / 64 Bit (insgesamt 8 Varianten für Big-Endian bis Little-Endian mit Mischformen)

• Bitmaske (Bitfeld): Für Registerabfragen 16 / 32 / 48 / 64 Bit kann jede beliebige Bitmaske (1 - 64 Bit) zur Selektion beliebiger Datenbits angewendet werden

• Unterstützte Datenformate: Kodierung und Dekodierung der Datentypen Bool (1 Bit), Ganzzahl (1-64 Bit), vorzeichenbehaftete Ganzzahl mit Einerkomplement (1-64 Bit), vorzeichenbehaftete Ganzzahl mit Zweierkomplement (1-64 Bit), Fließkomma mit 16 / 32 / 64 Bit sowie ASCII Text.

• Unterstützte Modbus Errorcodes: 0x81 / 0x82 / 0x83 / 0x84 / 0x85 / 0x86 / 0x88 / 0x8F / 0x90 / 0xAB

• Unterstützte Modbus Exceptioncodes: 01 / 02 / 03 / 04

• Grafischer Format Assistent mit Live-Check: Definitionen für Datenreihenfolge, Bitmaske und Dekodierung mit grafischem Format-Assistenten inkl. Live-Check

WERTPRÜFUNG / WERTANPASSUNG / OBJEKT-TYP / EINHEIT

• Wertprüfung vor Weiterverarbeitung: Umfassende Wertprüfung der Leseanforderungen und Schreibaufgaben auf Gültigkeit (gegenüber vorgegebenen Wertebereichen). Hierdurch lassen sich ungültige, falsche oder gefährliche Werte unterdrücken

• Wertanpassungen und Umrechnungen: Umrechnung der geprüften Werte mit festen Faktoren oder über eine frei eingebbare Formel

• Datentypkonvertierung: Konvertierung für das interne Timberwolf Objektsystem in Bool, Ganzzahl, Fließkomma oder Text

• Definition der physikalischen Einheit: Verwaltung der physikalischen Einheiten für eine optimierte Darstellung

• Assistent für Wertprüfung, Wertanpassung und Konvertierung mit Live->Check: Die Einstellungen für Wertprüfung, Wertanpassung, Konvertierung und Einheit werden mit einem grafischen Assistenten inkl. Live-Check in der Web-APP interaktiv durchgeführt

LIVE-DIAGNOSE & LIVE-CHECK

• Diagnose Werte live abrufen: Live-Diagnose durch Abfrage der Diagnose-Register der Modbus Geräte direkt aus dem Profil Editor

• Interaktiv Werte von Modbus Geräten live abfragen oder übertragen: Live-Check der Gerätekommunikation während der Profilerfassung, Prüfung nach jeder Nutzervorgabe, damit erhebliche Vereinfachung durch interaktive Parameter-Definition. Diese Funktion steht für Abfragen von Registern als auch für das Übertragen zu Registern zur Verfügung.

• Interaktives Gerätesetup aus dem Profil Editor: Die Live-Check Funktion kann auch für das Einrichten von Modbus Geräten genutzt werden, da hierdurch auch Setup-Register von Modbus Geräten (z.B. Geräte-ID, Baudrate usw.) beschrieben werden können

Modbus Busmonitor

Das Leistungsmerkmal Modbus im Timberwolf Server stellt auch einen Modbus Busmonitor zur Verfügung. Der Busmonitor wird automatisch mit der Einrichtung eines Modbus Subsystems gestartet. Der Busmonitor erlaubt eine schnelle Übersicht und Diagnose der Kommunikation des Timberwolf Servers mit den angeschlossenen Modbus Geräten.

• Für alle Technologien und Subsysteme: Der Busmonitor steht automatisch für alle aktiven Modbus TCP und Modbus RTU Subsysteme zur Verfügung

• Statusanzeige Modbus Subsystem: Der aktuelle Verbindungsstatus des jeweiligen Modbus Subsystems wird im Busmonitor angezeigt

• Anzeigefilter: Die Anzeige kann gefiltert werden entsprechend dem Ursprung der Buskommunikation (wegen Live-Check, wegen Auslösung durch Intervall oder Auslösung durch eine Bedingung)

• Anzeigeoptionen: Umschaltung der Anzeige der angesprochenen Registeradressen zur Basis 0 bzw. zur Basis 1 in Dezimal oder HEX mit optionaler Millisekunden-Auflösung

• Anzeige Registerbreite / Functioncode: Die jeweilig angesprochene Registerbreite und der dabei genutzte Functioncode wird dargestellt

• Anzeige Datenaustausch: Die abgefragten oder übertragenen Daten werden als HEX dargestellt

• Dekodierung Fehlercode / Exceptioncode: Im Fehlerfall wird der bei einer Transaktion vom Gerät zurück gemeldete Modbus Errorcode bzw. der Modbus Exceptioncode im Klartext im Busmonitor ausdekodiert in Klarschrift angezeigt

• Anzeige Transaktionsdauer: Die jeweilige Dauer einer Transaktion in Millisekunden (für eine Abfrage bzw. eine Übertragung) wird in Millisekunden angezeigt

Modbus Gerätemanager

Der Modbus Gerätemanager ist das Modul in der Web-APP zum Anlegen und Verwalten der Transaktionen für den Datenaustausch mit den angeschlossenen Modbus Geräten.

• Modbus Geräte im Manager anlegen: Der Geräte Manager erlaubt das Anlegen von Modbus Geräten auf Basis (zuvor erstellter oder importierter) Modbus Geräte Profile. Es können beliebig viele Modbus Geräte - auf Basis des gleichen Profils - angelegt werden, wodurch eine einfache Wiederverwendbarkeit der Profile gegeben ist.

• Mehrere Profile für z.B. modulweise ausgebaute Modbus Geräte: Es dürfen auch mehrere Geräteeinträge mit der gleichen Modbus-Adresse - auf Basis unterschiedlicher Profile - angelegt werden. Damit kann mit unterschiedlichen Profilen parallel auf das selbe Modbus Gerät zugegriffen werden. Dies ermöglicht ein Ansprechen von modulweise erweiterbaren Modbus Geräten (z.B. Multi-Wechselrichter-Installationen mit einem Modbus-Frontend-Prozessor oder Wärmepumpen / Heizungsanlagen mit unterschiedlicher Ausstattung).

• Minimales Intervall: Minimal kann für Gruppenauslösungen ein Intervall von 10 ms angelegt werden.

• Gruppierte Abfragen mit fester Ablaufreihenfolge: Mehrere Applikationen können zu einer Gruppe mit festgelegter Reihenfolge angelegt werden.

• Assistent für Einrichtung der Sendefilter (für effiziente Weiterleitung zum Objektsystem): Konfiguration von Sendefiltern für jede Applikation, basierend auf Zeit und / oder Wertänderung über grafischen Assistenten

• Gruppierte Übertragungsaufgaben mit frei wählbarem Auslöser: Anlegen und verwalten - auch gruppierter – Übertragungsaufgaben (zum Modbus Gerät hin) mit mehreren frei wählbaren Auslösern, basierend auf Intervall und / oder Wertänderung, Kombination von Gruppenauslösern und Applikationsauslösern für maximale Flexibilität.

• Objektverknüpfungen inkl. Konvertierung: Beliebige Verknüpfung mit anderen Objekten im Objektsystem des Timberwolf Servers (Zeitserien, KNX, 1-Wire, DMX, Logik, andere Modbus Systeme, MQTT und künftig auch UDP/TCP, Rest-API usw.) inkl. automatischer Konvertierung.

• Anzeige der Transaktionsdauer: Für durchgeführte Transaktionen wird die Dauer der letzten Transaktion sowie die durchschnittliche Transaktionsdauer angegeben

• Berechnung der Dauer einer Gruppentransaktion: Die voraussichtliche Dauer einer Gruppentransaktion wird bei Anlage einer Transaktionsgruppe sowie nach jeder Veränderung als Vorschauwert berechnet und im laufenden Betrieb entsprechend dem tatsächlichen Ablauf aktualisiert

• Warnhinweise bei zu gering angesetztem Intervall: Sollte ein gruppenauslösendes Intervall unterhalb der geschätzten oder tatsächlichen Gruppentransaktionsdauer eingerichtet werden, wird eine Warnung angezeigt

• Prioritätssteuerung: Für jede Gruppe kann eine Priorität vergeben werden. Bei gleichen zeitlichen Auslösern werden Gruppen mit höherer Priorität bevorzugt ausgeführt.

• Exklusive Ausführung Gruppentransaktion: Transaktionen innerhalb einer Gruppe werden zwar in der angelegten Reihenfolge ausgeführt, jedoch werden weitere Transaktionen im gleichen Subsystem parallel ausgeführt. Dies verbessert das zeitliche Verhalten aller eingerichteten Transaktionen. Durch Setzen der Option für “exklusive Ausführung” werden die Transaktionen einer Gruppe zusammenhängend abgearbeitet.

• Ausführungsanzeige mit historischem Verlauf: Für alle Transaktionen steht eine Anzeige der Bearbeitungshistorie zur Verfügung mit farblich markiertem Status und Mouse-Over Detail-Info

• Ausführliche Fehlerdarstellung mit Handlungsempfehlung: Fehlerrückmeldungen der Modbus Geräte werden dargestellt mit abrufbaren Handlungsempfehlungen für einfache Fehlerbehebung

• Anzeige der Live-Werte während der Ausführung: Die während der Transaktionen mit den Modbus Geräten ausgetauschten Werte werden dargestellt.

• Sofortstart hinzugefügter Applikationen: Neu hinzugefügte Applikationen werden sofort gestartet und eingebunden.

• Veränderungen im laufenden Betrieb: Veränderungen im laufenden Betrieb werden sofort umgesetzt

• Pausieren einzelner Applikationen bzw. der gesamten Transaktionsgruppe: Einzelne Applikationen bzw. die gesamte Transaktionsgruppe können pausiert und erneut gestartet werden

• TAGs für beliebige Gruppierungen von Geräten und Applikationen: Modbus Geräte und Applikationen können mit TAGs für beliebige Gruppierungen markiert werden

• Assistent für neues Modbus Gerät: Hinzufügen neuer Modbus Geräte zur Liste der Geräte über einfach bedienbaren grafischen Assistenten

• Assistent für Hinzufügen von Applikationen: Grafischer Assistent für das Hinzufügen von Applikationen zur Transaktionsgruppen

• Assistent für Einrichtung der Auslösungen: Das Auslösen der jeweiligen Transaktionen wird mit einem grafischen Assistenten eingerichtet

Farbcodierungen

Um Anzeigen und Funktionen voneinander besser abzugrenzen und insbesondere um Verwechselungen zu vermeiden, werden Modbus-Register farblich anders dargestellt als die Objekte mit denen diese verbunden sind, zudem sind Schreib- und Leserichtung farblich und mit Pfeilen gekennzeichnet.

• Modbus Register in Violett: Modbus Register-Adressen werden im Profileditor, in Assistenten, im Modbus Busmonitor und im Modbus Gerätemanager in violett dargestellt. Das aus dem verwendeten FunctionCode resultierende Registerset wird der Registeradresse mit einer invers dargestellten Nummer vorangestellt. Dies soll helfen, Verwechselungen, welche durch unklare Gerätedokumentation seitens der Hersteller von Modbus Geräte entstehen, zu vermeiden.

• Abfragen sind Grün markiert: Die Definition für Abfragen im Profileditor, in allen Assistenten, im Modbus Gerätemanager und im Busmonitor werden mit grüner Farbe unterlegt und mit einem Pfeil von links nach rechts gekennzeichnet.

• Übertragungen sind Blau markiert: Die Definition für Übertagungen (“Schreiben” zum Modbus Gerät hin) im Profileditor, in Assistenten, im Modbus Gerätemanager und im Busmonitor werden mit blauer Farbe unterlegt und mit einem Pfeil von rechts nach links gekennzeichnet.

• Warnungen in Gelb: Alle Stati mit dem Schweregrad “Warnungen” werden gelb markiert

• Fehler in Rot: Diejenigen Rückmeldungen mit dem Schweregrad eines “Fehlers” werden in Rot ausgezeichnet
  
  

*Erklärung zu "beliebig" und "keine Beschränkung": In der Firmware des Timberwolf Servers sind keine künstlichen Limits implementiert, die über sich technisch ergebende Grenzen hinaus gehen.
Technischen Grenzen sind z.B. die verfügbaren Bandbreiten der Bussysteme und Schnittstellen, die Fähigkeiten der angesprochenen Endgeräte, der Adressumfang und die Datentransportfähigkeiten der jeweiligen Protokolle, die Kompatibilität der jeweiligen Datentypen, die erlaubten Datenflussrichtungen sowie die sich aus der gesamten Konfiguration des Timberwolf Servers ergebende Systemlast.
Der Verzicht auf vorgegebene Beschränkungen bedeutet nicht, dass jede denkbare Konfiguration in jeder Kombination und in jedem Umfang möglich ist. Wir bitten die Nutzer, die zeitlichen Intervalle beim Konfigurieren der Kommunikationsaufträge zu Modbus Geräten nicht zu knapp zu fassen, vernünftige Sendefilter für die interne Weiterleitung anzulegen und das Datenaufkommen und die genutzte Bandbreite insgesamt im Auge zu behalten. Wir glauben an die Mündigkeit und das Verständnis der Nutzer und erlauben durch weitgehenden Verzicht auf vorgegebene Limits, die verfügbaren Systemressourcen des Timberwolf Servers und der angeschlossenen Geräte im selbst gewählten Umfang zu nutzen.