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Modbus カスタムコマンド

この例では、Modbusのカスタム機能コードの処理方法について説明しています。

このサンプルでは、単一のアプリケーション内でModbusクライアントとサーバーの両方の役割を果たします。両者の間の接続はModbus TCPを介して確立されます。このサンプルは、カスタムModbusリクエストの送受信を行い、リクエストとレスポンスに基づいて内部状態を調整します。

この例の主な目的は、カスタムModbusファンクションコードを扱うModbusクライアントまたはModbusサーバーを実装する方法に関するデモコードを提供することです。

サーバーおよびクライアントのレジスタテーブル、カスタム機能コード 0x41（読み取り）および 0x42（書き込み）を含む Modbus カスタムコマンドウィンドウ

ユーザー定義のModbus機能コード

Modbusプロトコルは、1 - 127 (0x01 - 0x7F HEX) の範囲の機能コードをサポートしています。機能コードのほとんどは明確に定義されており、公開文書にも記載されています。しかし、ユーザー定義の機能に使用できる2つの範囲があります。それらは65 - 72 (0x41 - 48 HEX) と100 - 110 (0x64 - 0x6E HEX) です。ユーザーはこれらの範囲から機能コードを選択し、独自の方法で処理することができます。

このアプリケーションでは、関数コード65 (0x41 HEX) を使用してCustomRead コマンドを実装し、関数コード66 (0x42 HEX) を使用してCustomWrite コマンドを実装しています。この例では、カスタムコマンドを使用して、単にHolding Registers の読み書きを行っています。

カスタム Modbus コマンドの送信

カスタム Modbus コマンドは、QModbusClient::sendRawRequest() メソッドを使用して送信されます。このメソッドでは、目的のファンクションコードと、QByteArray にエンコードされる引数のリストを指定して、QModbusRequest オブジェクトを生成する必要があります：

    QModbusDataUnit unit {
        QModbusDataUnit::HoldingRegisters,
        ui->startAddress->value(),
        qMin(ui->numberOfRegisters->currentText().toUShort(),
            quint16(10 - ui->startAddress->value()))// 10エントリを超えないようにする
    };

   for(qsizetype i= 0,total=unit.valueCount(); i<total;++i)
        unit.setValue(i, m_model->m_registers[i+unit.startAddress()]);

    constquint8 byteCount=quint8(unit.valueCount()* 2);
    QModbusRequest writeRequest {
        QModbusPdu::FunctionCode(ModbusClient::CustomWrite),
        quint16(unit.startAddress()),
        quint16(unit.valueCount()),byteCount,unit.values()
    };

QModbusClient::sendRawRequest() メソッドは、QModbusReply オブジェクトを返します。このオブジェクトを使用すれば、通常通りエラーの確認を行うことができます：

    if (auto *reply = m_client.sendRawRequest(writeRequest, ui->serverAddress->value())) {
        if (!reply->isFinished()) {
            connect(reply, &QModbusReply::finished, this, [this, reply]() {
                if (reply->error() == QModbusDevice::ProtocolError) {
                    statusBar()->showMessage(tr("Write response error: %1 (Modbus exception: 0x%2)")
                        .arg(reply->errorString()).arg(reply->rawResult().exceptionCode(), -1, 16),
                        5000);
                } else if (reply->error() != QModbusDevice::NoError) {
                    statusBar()->showMessage(tr("Write response error: %1 (code: 0x%2)").
                        arg(reply->errorString()).arg(reply->error(), -1, 16), 5000);
                }

                reply->deleteLater();
                }
            );
        }
    } else {
        statusBar()->showMessage(tr("Write error: ") + m_client.errorString(), 5000);
    }

カスタム Modbus サーバー

カスタムサーバーは、QModbusTcpServer クラスを継承しています。このクラスは、QModbusServer::processPrivateRequest() メソッドをオーバーライドしています。

class ModbusServer : public QModbusTcpServer
{
    Q_OBJECT
    Q_DISABLE_COPY_MOVE(ModbusServer)

public:
    ModbusServer(QObject *parent = nullptr);

private:
    QModbusResponse processPrivateRequest(const QModbusPdu &request) override;
};

ベースとなるサーバークラスは、カスタム関数コードを含むコマンドを受信すると、processPrivateRequest() メソッドを呼び出します。

カスタム実装では、要求されたレジスタの値を用いてQModbusResponse を生成することで、CustomRead コマンドを処理します：

    if (ModbusClient::CustomRead == request.functionCode()) {
        quint16 startAddress, count;
        request.decodeData(&startAddress, &count);

        QModbusDataUnit unit(QModbusDataUnit::HoldingRegisters, startAddress, count);
        if (!data(&unit)) {
            return QModbusExceptionResponse(request.functionCode(),
                QModbusExceptionResponse::IllegalDataAddress);
        }
        return QModbusResponse(request.functionCode(), startAddress, quint8(count * 2), unit.values());
    }

CustomWrite コマンドの処理には、受信したQModbusPdu から新しい値を抽出すること、実際の値の更新を行うこと、そして実際に更新されたレジスタを含むQModbusResponse を返すことが含まれます：

    if (ModbusClient::CustomWrite == request.functionCode()) {
        quint8 byteCount;
        quint16 startAddress, numberOfRegisters;
        request.decodeData(&startAddress, &numberOfRegisters, &byteCount);

        if (byteCount % 2 != 0) {
            return QModbusExceptionResponse(request.functionCode(),
                QModbusExceptionResponse::IllegalDataValue);
        }

        const QByteArray pduData = request.data().remove(0, WriteHeaderSize);
        QDataStream stream(pduData);

        QList<quint16> values;
        for (int i = 0; i < numberOfRegisters; i++) {
            quint16 tmp;
            stream >> tmp;
            values.append(tmp);
        }

        if (!writeData({QModbusDataUnit::HoldingRegisters, startAddress, values})) {
            return QModbusExceptionResponse(request.functionCode(),
                QModbusExceptionResponse::ServerDeviceFailure);
        }

        return QModbusResponse(request.functionCode(), startAddress, numberOfRegisters);
    }

カスタムModbusクライアント

カスタムクライアントは、QModbusTcpClient クラスを継承しています。このクラスは、QModbusClient::processPrivateResponse() メソッドをオーバーライドしています。

class ModbusClient : public QModbusTcpClient
{
    Q_OBJECT
    Q_DISABLE_COPY_MOVE(ModbusClient)

public:
    ModbusClient(QObject *parent = nullptr);

    static constexpr QModbusPdu::FunctionCode CustomRead {QModbusPdu::FunctionCode(0x41)};
    static constexpr QModbusPdu::FunctionCode CustomWrite {QModbusPdu::FunctionCode(0x42)};

private:
    bool processPrivateResponse(const QModbusResponse &response, QModbusDataUnit *data) override;
};

基底クライアントクラスは、processPrivateResponse() メソッドを呼び出し、カスタム関数コードを使用してサーバーの応答を処理します。

このカスタム実装では、CustomRead およびCustomWrite 関数コードを含むレスポンスを処理します。

bool ModbusClient::processPrivateResponse(const QModbusResponse &response, QModbusDataUnit *data)
{
    if (!response.isValid())
        return QModbusClient::processPrivateResponse(response, data);

    if (CustomRead == response.functionCode())
        return collateBytes(response, data);

    if (CustomWrite == response.functionCode())
        return collateMultipleValues(response, data);
    return QModbusClient::processPrivateResponse(response, data);
}

CustomRead レスポンスは、提供されたQModbusPdu をデコードし、要求されたレジスタの値を抽出することで処理されます：

static bool collateBytes(const QModbusPdu &response, QModbusDataUnit *data)
{
    if (response.dataSize() < MinimumReadResponseSize)
        return false;

    quint16 address; quint8 byteCount;
    response.decodeData(&address, &byteCount);

    if (byteCount % 2 != 0)
        return false;

    if (data) {
        QDataStream stream(response.data().remove(0, 3));

        QList<quint16> values;
        const quint8 itemCount = byteCount / 2;
        for (int i = 0; i < itemCount; i++) {
            quint16 tmp;
            stream >> tmp;
            values.append(tmp);
        }
        *data = {QModbusDataUnit::HoldingRegisters, address, values};
    }
    return true;
}

CustomWrite の応答は、応答パラメータを単純に検証することで処理されます：

static bool collateMultipleValues(const QModbusPdu &response, QModbusDataUnit *data)
{
    if (response.dataSize() != WriteResponseSize)
        return false;

    quint16 address, count;
    response.decodeData(&address, &count);

    if (count < 1 || count > 10)
        return false;

    if (data)
        *data = {QModbusDataUnit::HoldingRegisters, address, count};
    return true;
}

例の動作確認

以下の場所からサンプルを実行できます：

このサンプルは、他のアプリケーションと併用することはできません。サンプルが起動されると、アプリケーション内部でのみカスタム Modbus コマンドのやり取りが可能になります。クライアントとサーバー間のすべての通信には、Modbus TCP プロトコルが使用されます。

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