この記事ではWago750-362 Modus TCP Coupler使用しModbus TCP Slaveを立ち上げ、Beckhoff TwinCAT3 TF6250 のFunction BlockとBosch Rexrosh CtrlX VirtualCore x Modbus TCP Appsを使用し接続検証します。

よろしくおねがいします。

Thanks!

この記事が出来上がるのはベッコフ日本法人ベッコフオートメーション株式会社さまとワゴジャパン株式会社さまから機材を貸してくださったおかけです。誠にありがとうございます。

ベッコフ日本法人ベッコフオートメーション株式会社

IPC6920-005はベッコフ日本法人ベッコフオートメーション株式会社さまが貸してくださったものです。Beckhoff Automationは1980 年会社設立、PCベースの制御技術をベースにしたオープンオートメーションシステム導入の先頭に立つドイツ企業です。実際Beckhoffが関わる分野はIPCだけではなく、Motion・Vision・Iot・ロボットなど様々な分野に常に新たなイノベーションを生み出してます。

ベッコフ日本法人ベッコフオートメーション株式会社は、2011年に横浜に本社、2017年に名古屋オフィスを設立しました。

こちらはベッコフ日本法人ベッコフオートメーション株式会社様のホームページです。

どうぞよろしくお願いします。

https://www.beckhoff.com/ja-jp/

ワゴジャパン株式会社

Modbus TCP Coupler750-362はワゴジャパン株式会社さまが貸してくださったものです。WAGO は 1951 年に設立され、いままで端子台の技術で世界中の産業にずっと貢献してるドイツ企業、PUSH WIREやCAGE CLAMPの技術などで現場を支えてきました。他にWAGOさまにもPLC LINEUPがあり、オープン性と柔軟性に重点を置いた自動化ソリューションを提供しています。

ワゴジャパン株式会社は東京都江東区に本社があります。

https://www.wago.co.jp/

Wago Side

こちらは今回の記事で使用するWago社のModbus TCP Coupler 750-362で、隣にインストールされているのは750-1417(8チャンネルデジタル入力)・750-1516(8チャンネルデジタル出力)・750-597(8チャンネルアナログ出力)・750-471(4チャンネルアナログ入力)になります。

LED

750-362に表面にはLED表示があり現在Couplerの状態を示しています。Manualを参照し、更に詳しい情報があります。

Power Supply

こちらはCouplerの電源です。

Example

こちらはModbus Functionを使用する簡単なシステム例です。

Operation System

750-362が電源を入れ・リセットするとシステムが稼働しはじめます。

750-362は起動はじめ各SlotにインストールされているModuleやCoupler自体の設定が問題あるかをCheckします(この間はI/O LEDが赤点滅)。

もしCouplerは”Fieldbus Start”モードに遷移すればI/O LEDが緑になります。

もしCouplerになにかエラーが発生した場合、I/O LEDが赤になります。

Process Data

Fieldbus Couplerは基本的には一緒にインストールされているモジュールのデータをMasterと受送信します。

デジタルIOモジュールはBitベースで、アナログモジュールはByteベースになり、データは場合により複数のByteにグループされ送る場合もあります。(Counterモジュール、計測モジュールなど…)

それらのProcess DataはPII(Process Input Data)とPIO(Process Output Data)2種類あり、実際Moduleにインストールされている場所によって変わります。

(もしデジタルIOデータが8Bit 以上のものであれば、Couplerは自動で新しいByteでデータを操作します。)

Data Exchange

750-362 Modbus Fieldbus Couplerを使用することにより、Modbus TCPやModubus UDP経由で Master/Slave間の通信が実現できます。Slaveはもちろん750-362 Couplerですが、MasterはPLCやPCでも可能です。(今回使用するのはTwinCAT TF6250とCtrlX Modbus TCP App)。

こちらは750-362の同時接続規格です。(Socket)

3 connections for HTTP(s), The HTML pages from the coupler.
15 connections via Modbus TCP
10 Connections for FTP.

Memory Space

すべてのWago Fieldbus CouplerもProecss Imagesに物理のデータが格納されています。

その範囲は0..255と512..1275です。

CPU/Fieldbus 側がInput Moduleのデータを読み取ります。
CPU/Fieldbus 側がOutput Moduleのデータを書き込みます。

Controllerの視点からみると、4つのProcess Dataがあります。

Input words
Output words
Input bits
Output bits

IP addressing

Modbus TCP Coupler 750-362にIPを割り付ける方法が4つあります。

DIP Switch(Manually)
DHCP
“WAGO Ethernet Setting”, シリアルケーブルやLAN Portからの転送
using BootP

DIP

DIP Switchを使用すればIPアドレスの最後のByteを変更すること(1-254まで)が可能です。例えば、DIPスイッチにbinary code 00110010(50)を設定すれば、CouplerのIp Addressは192.168.1.50になります。

DIP Switch Setting Range:

1..254、 IP アドレス 192.168.1.1 から 192.168.1.254まで
0,DHCP,BooP,Staticを使用する
255,DHCP のみ使用する

Commissioning

DIP Switch

今回の記事では自分はDIPスイッチをすべて1をSetし750-362 CouplerをDHCP経由でIP設定を行います。ネットワークのトラブルを防止するため、Network上で一つだけのDHCP Serverがあることを確認してください。

そしてDHCP Serverはあくまでも一時的にIPを振り分けるだけなので、実際のアプリケーションでは最終的にはStaticの方法でIPを設定してあげてください。

Web server

Access the server

ChromeなどのBrowerから750-362のIPを入力しCouplerのWBMにアクセスします。

TCP/IP

TCP/IP Settingsを開きます。

Loginが必要ですが、Default上で、

user=admin,password=wago
user=user,password=user

Loginが成功すれば、CouplerのIpをStaticの方法で設定することも可能です。

Mapping

Fieldbus>Modbus Mappingを開くと、I/O Mapping画面が表示されます。

この画面から各SlotのModbus アドレスを確認できます。

Modbus

ここで一旦とまり、Modbus Communicationに使用してるFunction Codeを説明します。

Function Code

FC2(Read Discrete Inputs)

こちらのFuncitonはModbus SlaveデバイスからBitsデータを読みます。Master側が送信するリクエストは読み取るデバイスの先頭アドレスとデバイス数を設定します。

FC3(Read Multiple Registers)

こちらのFuncitonはModbus SlaveデバイスからHolding Registerを読みます。Master側が送信するリクエストは読み取るデバイスの先頭アドレスとデバイス数(Word)を設定します。

FC4(Read Input Registers)

こちらのFuncitonはModbus Slaveデバイスからinput registersを読みます。Master側が送信するリクエストは読み取るデバイスの先頭アドレスとデバイス数(Word)を設定します。

FC5(Write Coil)

こちらのFuncitonはModbus SlaveデバイスからBitsデータを書き込みます。Master側が送信するリクエストは書き込むデバイスの先頭アドレスとデバイス数を設定します。

FC6(Write Single Register)

こちらのFuncitonはModbus Slaveデバイスから1つだけのを書き込みます。Master側が送信するリクエストは書き込むデバイスの先頭アドレスを設定します。

FC11(Get Comm Event Counter)

こちらのFunctionはModbus SlaveからStatus WordとEvent Counterを取得できます。

FC15(Write Multiple Coils)

こちらのFuncitonはModbus SlaveデバイスからOutput Coilsを書き込みます。Master側が送信するリクエストは順番の1,0で書き込み、そして該当するデバイスの先頭アドレスとデバイス数を設定します。

FC16(Write Multiple Registers)

こちらのFuncitonはModbus Slaveデバイスから複数を書き込みます。Master側が送信するリクエストは順番のデータで書き込み、そして該当する先頭アドレスとデバイス数を設定します。

FC22(Mask Write Register)

こちらのFunctionはAND MaskやOR Maskを使用しRegisterのデータを処理します。

FC23(Read/Write Multiple Registers)

こちらのFunctionは読み書きを1つのリクエストとしてまとめます。

Mapping

FC3/FC4

こちらはFC3/FC4のModbus アドレスです。

FC6/FC16

こちらはFC6/FC16のModbus アドレスです。

FC1/FC2

こちらはFC1/FC2のModbus アドレスです。

FC5/FC15

こちらはFC5/FC15のModbus アドレスです。

Implementation-1 with TwinCAT

こちらのImplementationではBeckhoff TwinCAT3 TF6250 Modbus TCP Function Blockを使用しWago750-362 Modbus TCP Couplerのデータにアクセスします。

Reference Link

Beckhoff#TwinCAT3 TF6250 Modbus-TCP Function

Config

Slot1 750-1417

Slot1では、FB_MBReadCoils Function BlockにnQuantity=8,nMBAddr=0に設定します。

Slot2 750-1516

Slot2ではFB_MBReadRegs Function BlockにnQuantity=1,nMBAddr=520に設定します。

Slot3 750-597

Slot3ではFB_MBWriteRegs Function BlockにnQuantity=8,nMBAddr=512に設定します。

Slot4 750-471

Slot4でFB_MBReadRegs Function BlockにnQuantity=4,nMBAddr=0に設定します。

PLC Side

こちらはPLCプログラムです。

VAR

PROGRAM MAIN
VAR
iStep :INT;
bStart :BOOL;
bReset :BOOL;
bSlotAutoReflash :BOOL;
END_VAR

VAR
FB_MBReadCoilsSlot1:FB_MBReadCoils;
FB_MBWriteRegsSlot2:FB_MBWriteRegs;
FB_MBWriteRegsSlot3:FB_MBWriteRegs;
FB_MBReadRegsSlot4 :FB_MBReadRegs;
WagoSlot1 :BYTE;
WagoSlot2 :INT;
WagoSlot3 :ARRAY[0..7]OF INT;
WagoSlot4 :ARRAY[0..3]OF INT;
F_TRIG_Slots :ARRAY[1..4]OF F_TRIG;
TONs :ARRAY[0..3] OF ton;
END_VAR

VAR CONSTANT
sIPAddr :STRING:=’192.168.3.144′;
nTCPPort :UINT:=502;

END_VAR

PROGRAM

プログラムではSlot1デジタル入力(750-1417)のデータを読み>Slot2デジタル出力データを書き込み>Slot3アナログ出力データ(750-597)を書き込み>最後はSlot4アナログ入力データ(750-471)を読み>Lopp Backのイメージです。

IF bSlotAutoReflash THEN
TONs[0](IN:=WagoSlot2=0,PT:=T#1S);
TONs[1](IN:=WagoSlot2=16#FF,PT:=T#1S);
IF TONs[0].Q THEN
WagoSlot2:=16#FF;
WagoSlot3[4]:=WagoSlot3[4]+16#100;
END_IF
IF TONs[1].Q THEN
WagoSlot2:=16#00;
END_IF

IF WagoSlot3[4] >=16#7500 THEN
WagoSlot3[4]:=16#00;
END_IF
END_IF;

CASE iStep OF

0:
IF bStart THEN
iStep:=10;
bStart:=FALSE;
bReset:=FALSE;
END_IF

10:
FB_MBReadCoilsSlot1.nTCPPort:=nTCPPort;
FB_MBReadCoilsSlot1.nUnitID:=1;
FB_MBReadCoilsSlot1.nQuantity:=8;
FB_MBReadCoilsSlot1.sIPAddr:=sIPAddr;
FB_MBReadCoilsSlot1(bExecute:=FALSE);
FB_MBReadCoilsSlot1.cbLength:=SIZEOF(WagoSlot1);
FB_MBReadCoilsSlot1.pDestAddr:=ADR(WagoSlot1);
FB_MBReadCoilsSlot1.nMBAddr:=0;

FB_MBWriteRegsSlot2.nTCPPort:=nTCPPort;
FB_MBWriteRegsSlot2.nUnitID:=1;
FB_MBWriteRegsSlot2.nQuantity:=1;
FB_MBWriteRegsSlot2.sIPAddr:=sIPAddr;
FB_MBWriteRegsSlot2(bExecute:=FALSE);
FB_MBWriteRegsSlot2.cbLength:=SIZEOF(WagoSlot2);
FB_MBWriteRegsSlot2.pSrcAddr:=ADR(WagoSlot2);
FB_MBWriteRegsSlot2.nMBAddr:=520;

FB_MBWriteRegsSlot3.nTCPPort:=nTCPPort;
FB_MBWriteRegsSlot3.nUnitID:=1;
FB_MBWriteRegsSlot3.nQuantity:=8;
FB_MBWriteRegsSlot3.sIPAddr:=sIPAddr;
FB_MBWriteRegsSlot3(bExecute:=FALSE);
FB_MBWriteRegsSlot3.cbLength:=SIZEOF(WagoSlot3);
FB_MBWriteRegsSlot3.pSrcAddr:=ADR(WagoSlot3);
FB_MBWriteRegsSlot3.nMBAddr:=512;

FB_MBReadRegsSlot4.nTCPPort:=nTCPPort;
FB_MBReadRegsSlot4.nUnitID:=1;
FB_MBReadRegsSlot4.nQuantity:=4;
FB_MBReadRegsSlot4.sIPAddr:=sIPAddr;
FB_MBReadRegsSlot4(bExecute:=FALSE);
FB_MBReadRegsSlot4.cbLength:=SIZEOF(WagoSlot4);
FB_MBReadRegsSlot4.pDestAddr:=ADR(WagoSlot4);
FB_MBReadRegsSlot4.nMBAddr:=0;

IF NOT FB_MBReadCoilsSlot1.bBusy
AND NOT FB_MBWriteRegsSlot2.bBusy
AND NOT FB_MBWriteRegsSlot3.bBusy
AND NOT FB_MBReadRegsSlot4.bBusy
THEN
iStep:=20;
END_IF
20:
FB_MBReadCoilsSlot1(bExecute:=TRUE);
F_TRIG_Slots[1](CLK:=FB_MBReadCoilsSlot1.bBusy);
IF F_TRIG_Slots[1].Q AND NOT FB_MBReadCoilsSlot1.bError THEN
iStep:=30;
END_IF
IF FB_MBReadCoilsSlot1.bError THEN
iStep:=999;
END_IF
30:

FB_MBWriteRegsSlot2(bExecute:=TRUE);
F_TRIG_Slots[2](CLK:=FB_MBWriteRegsSlot2.bBusy);
IF F_TRIG_Slots[2].Q AND NOT FB_MBWriteRegsSlot2.bError THEN
iStep:=40;
END_IF
IF FB_MBWriteRegsSlot2.bError THEN
iStep:=999;
END_IF
40:
FB_MBWriteRegsSlot3(bExecute:=TRUE);
F_TRIG_Slots[3](CLK:=FB_MBWriteRegsSlot3.bBusy);
IF F_TRIG_Slots[3].Q AND NOT FB_MBWriteRegsSlot3.bError THEN
iStep:=50;
END_IF
IF FB_MBWriteRegsSlot3.bError THEN
iStep:=999;
END_IF
50:
FB_MBReadRegsSlot4(bExecute:=TRUE);
F_TRIG_Slots[4](CLK:=FB_MBReadRegsSlot4.bBusy);
IF F_TRIG_Slots[4].Q AND NOT FB_MBReadRegsSlot4.bError THEN
iStep:=10;
END_IF
IF FB_MBReadRegsSlot4.bError THEN
iStep:=999;
END_IF

999:
IF bReset THEN
iStep:=10;
bReset:=FALSE;
END_IF
END_CASE

Visualization

プロジェクトにも簡単なHMI Displayを作成し各Slotの現在値を一覧できます。そして出力モジュールの与えを変更することも可能です。

Result

下記のYoutube Linkから結果を確認できます。

Source Code

このLinkからSource CodeをDownloadしてください。

https://github.com/soup01Threes/TwinCAT3/blob/main/Wago750_362_TwinCAT%20Project_ModbusTCP.tnzip

Implementation-2 with Ctrlx

Implementation2ではCtrlx Virtual CoreとModbus TCP/IP Appsを使用し、Wago Modbus TCP Coupler 750-362の通信を確立させます。

Reference Link

ctrlX#Part1_Your first Entry with ctrlX-PLC APP!

ctrlx#Part2_Data Layer

Project#Omron NX CPU OPC UA Server x twincat client / ctrlx client

MODBUS TCP APP?

ModbusはFactory Automationではものすごく一般的な通信ProtocolでMaster/Slaveのモデルでデータ交換し、そのデータはTCP/IP Packagesで流れています。

その中に、Modbus TCP AppはCtrlx Coreと他のModbus-TCP Slaveデバイス(今回の記事ではWago 750-362)をアクセスだけではなく、Real-time layer経由でPLC Runtimeとデータ交換できます。

Modbus TCP App Installation

こちらのLinkから最新VersionのModbus TCP AppをDownloadできます。

https://developer.community.boschrexroth.com/t5/Store-and-How-to/ctrlX-CORE-Modbus-TCP-App/bc-p/61642

RuntimeのWBMにアクセスし、Service Modeに切り替えます。

Press Continueで進みます。

Settings>Appsで開きます。

Install from fileでModbus TCP Appをインストールします。

Installで始めます。

暫く待ちます…

Done!

左のMenuにModbus TCP が追加されました。

Port Configuration

Virtual Coreは仮想環境で稼働していますのでPort Forwarding の設定が必要になります。Extended tab>Port forwardingを選択します。

こちらは自分のPort Forward設定です。

8022:22,8443:443,8740:11740,4840:4840,2069:2069,2070:2070

Virtual CoreのWBMを開き、Setting>Network Interfaceを開きます。

Eth0を選び、Enable IP forwardingをONにします。

Connection Test

実際CtrlXとWago750-362 Couplerと接続する前に、前PFC200 ControllerでセットアップしたModbus TCP ServerとConnection Testを行います。

Reference Link

Project#Beckhoff TwinCAT3 x Siemens S210 Servo Drvie_Part5

Configure the Modbus TCP Devices

”Add Modbus TCP Device”で新しいModbus TCP Slave デバイスを追加します。

Add Deviceの画面が表示されました。

Name

Name FieldはModbus Slave名で、今回はPF200を入力します。

IP Address

IP AddressはModbus SlaveのIPになります。今回は192.168.3.17です。

Port

Port Numberは接続先のModbus Slaveデバイス Port番号でDefaultは502です。

Unit Id

Unit IDはDefaultのままでよいと思います。

セットアップが終わりSaveしたら、新しいModbus TCP Slaveが追加されました。

Add Modbus TCP Register

次はアクセスするRegisterを＋Buttonから追加します。

Subscription Screenが表示されました。

Name

NameはそのSubscription名になり、Devices1を入力します。

Function Code

Function CodeはModbus のアクセス方法で、FC/FC4/FC16/FC23は使用可能です。

Register Configuration

FC16を選択します。

Data Type

Data TypeはアクセスするRegisterのData Typeになり、今回はUint16です。

uint16/uint32/int16/float/stringは使用できます。

Register address

アクセスするRegisterの先頭番号になります。

いまはFC16,Register 32008からUnit16のデータにアクセスすると設定されました。

Quantity

次はアクセスするRegisterの数を設定します。今回はQuantity=1になります。

いまはFC16,Register 32008で1つのUnit16データにアクセスすると設定されました。

Poll interal(ms)

Polling Timeは通信のCycle Timeになります。

いまはFC16,Register 32008で1つのUnit16データに100msの周期でアクセスすると設定されました。

Save Buttonをクリックし設定を適用します。Connectionが確立されたらStatus=Activeに変わります。

同じ操作でFC4のアクセス操作を追加します。

Result

FC16から直接Register値を変更でき、FC4から同じRegisterを読み込んでるので直ちに反映されます。接続問題なさそうですね。

Connect to 750-362 Wago Coupler

今度はCtrlX Virtual CoreとWago Coupler 750-362に接続設定を行います。

Apps Side

こちらは最終のConfigurationですが、ここで一つずつ説明いたします。

Slot1 750-1417

Slot1 750-1417 8チャネルデジタル入力ではFC1を使用し、Register Address0、Quantity=8でAddress0から8つのCoilにアクセスします。

Slot2 750-1516

Slot2 750-1516 8チャネルデジタル出力ではFC16を使用し、Register Address520、Quantity=1でAddress520から8つのRegisterlにアクセスします。

Slot3 750-597

Slot3 750-597 8チャネルアナログ出力ではFC16を使用し、Register Address512、Quantity=8でAddress512から8つのRegisterlにアクセスします。

Slot4 750-471

Slot4 750-471 4チャネルアナログ入力ではFC23を使用し、Register Address0、Quantity=4でAddress0から4つのRegisterlにアクセスします。

ctrlX PLC Side

Ctrlx VBMから直接Modbus Registerのデータ読み書きできますが、これは私たちのMain Taskではありません。次はData Layer経由でModbus TCP AppsをCtrlx PLC Run Timeに取り込む方法を紹介します。

DataLayer_Realtime configuration

Ctrlx PLC Engineeringを開き、DataLayer_RealTime Objectを開きます。

Refresh Buttonで情報を更新します。

Available read-time data of the Data Layer fieldでは、アクセスできるNodesが一覧できます。

Insert all data again

DataLayer_Realtime右クリック>Install all data from ctrlX CORE againでDataLayerからすべてのNodeをPLC Runtimeに取り込みます。

Modbus TCP Client AppsのNodeがRuntimeにインストールされました。

Online from ctrlX CORE

もちろん、Node Listから直接アプリケーションに必要なNodeだけをImportすることもできます。DataLayer_Realtime>右クリック>Online from ctrlX COREします。

Edit Screenが表示されました。

インストールしたいTopicsを選択します。

今回の記事ではModbus TCP AppsにあるNodeを全部インストールします。

このButtonをクリックし設定を転送します。

Done!

DUT

DUT_8BitChannel

こちらは8 Bitチャンネルのために定義したDUTです。

TYPE DUT_8BitChannel :
STRUCT
Ch0,Ch1,Ch2,Ch3,Ch4,Ch5,Ch6,Ch7:BIT;
END_STRUCT
END_TYPE

GVL

GVLを作成します。

{attribute ‘qualified_only’}
VAR_GLOBAL
Slot1:DUT_8BitChannel;
Slot2:WORD;
Slot3:ARRAY[0..7]OF WORD;
Slot4:ARRAY[0..3]OF WORD;
END_VAR

Mapping

Codesysの操作と同じくGVLの変数とDataLayerの変数を繋がりましょう。

例えば、Slot1のInput0にある…Buttonをクリックします。

Text SearchのTabを開いて紐つけたい変数名を検索しましょう。

Done!

MAIN

最後は簡単なプログラムを作成します。

PROGRAM PLC_PRG
VAR
Slot1:DUT_8BitChannel;
Slot2:WORD;
Slot3:ARRAY[0..7]OF WORD;
Slot4:ARRAY[0..3]OF WORD;
END_VAR

Slot1:=GVL_ModbusData.Slot1;
GVL_ModbusData.Slot2:=Slot2;
GVL_ModbusData.Slot3:=Slot3;
Slot4:=GVL_ModbusData.Slot4;