作りながら学ぶArduino+=電子工作入門

　前回、Modbusの種類の中にModbus/TCPがありました。ArduinoModbusライブラリには、イーサネットのネットワークにつないで利用するこのプロトコルに対応したサンプル・スケッチが入っています。ここでは、Wi-Fiネットワークに対応しているモデルMKR WiFi1010を利用します。

　前回利用したMKRZEROにはETHシールドが用意されていて、ネットワークに接続できます。MKRシリーズでは、最初にWiFi1000が出荷されましたが、技適コードが見つかりません。MKR WiFi1010は無線モジュールのNINA-W102が使われていて、2018年6月15日に技適（204-810001）に登録されています。

●ファンクション

　Modbusでは、読み書きの方法がいくつかのファンクションで規定されています。おもなものを取り上げます。前回は03 Read Holding Registerを使いました。

　問い合わせと返事（問い合わせとほぼ同じ、省略）のフォーマットは次のように規定されています。スレーブ・アドレスは複数RS-485につながっているときの識別するためのコードです。多くの装置は購入時1に設定されていて、DIPスイッチやユーティリティを用いて1～127の範囲で変更できます。

　ここではForce Single Coil（05）を使います。TCP/IPではデータは正しく送れるので、RTUのようにCRCはありません。

Modbusの仕様　日本語の参考資料　

●サンプル・スケッチ

　前回と同様に、MKRシリーズのマイコン・ボードでは、ライブラリはArduinoModbusとArduino RS485の二つが必要です。サンプル・スケッチのWiFiModbusServerLEDを読み込みます。別ファイルのarduino_secrets.hにSSIDとパスフレーズを書き込みます。MKR WiFi1010のインターネット・アクセス関連はWiFiNINAのライブラリを使います。こちらにいくつか解説しています。

　スケッチは変更せずに、コンパイルし実行します。このスケッチは、Modbus/TCPのサーバのアプリケーションです。

　実行しているときのシリアルモニタの様子です。MKR WiFi1010ボードは192.168.111.100が振られています。スレーブがアクセスすると、最下行のようにnew clientとメッセージを表示します。

●スレーブの用意

　サーバーが動きました。アクセスするためにスレーブが必要です。Windows10で実行できるModbusスキャナを探して実験しました。CAS Modbus Scanner が情報量が多かったので利用します。
　Edit画面のAdd conectionで、TCP、192.168.111.100、ポート502を作成します。その下にDevice ID 1のDevice1を作ります。その下に、ファンクションの実行を並べていきます。
　ここでは、下記の画像のように、Force Single Coilの実行名のWrite Single Coilを利用します。at 1:1がON、1:0がOFFの指示です。

　右上にあるpollで、選んだファンクションが実行されます。クリックすると、すぐにLEDが点灯/消灯します。うまくつながらないときは、Disconnectをクリックします。このユーティリティを動かすと、ポート502はすぐには開放されません。

●スレーブのプログラム

　Pythonのプログラムで上記と同様の操作を行います。環境はWindows10です。Python2を入れた後Python3をインストールしたので、Python3はpyで実行できます。ユーティリティpipを使ってインストールしたライブラリは、Python3側にインストールされます。
　次のように、コマンドプロンプト内でpyModbusTCPライブラリをインストールします。

　デスクトップにテキスト・エディタで下記のプログラムを作り、保存します。mod03.pyとしました。write_single_coil(0,1)の1はONの指示です。OFFは、write_single_coil(0,0)と書き換えます。

from pyModbusTCP.client import ModbusClient

SERVER_HOST = "192.168.111.100"
SERVER_PORT = 502

c = ModbusClient()
c.host(SERVER_HOST)
c.port(SERVER_PORT)
c.unit_id(1)
c.open()
regs = c.write_single_coil(0,1)
c.close()

　CAS Modbus Scanner が起動していると、同時にこのプログラムからはアクセスできません。

で、LEDが点灯もしくは消灯します。

コラム　リレーをON/OFF

　LEDのON/OFFができるので、リレーをつなぎました。大きな問題が起こりました。Arduino UNOはこちらで調べたように、ほとんどのI/Oは、電源を入れてからスケッチが動き出すまでずっとLOWです。MKR WiFi1010の6番を観測した様子です。ほかのポートは未確認です。

　コンパイルしている途中から、かなりの速さで、HIGH/LOWが繰り返されます。リレーをつないでおくと、ON/OFFが間に合わないくらいバタバタと開閉の音がします。

　したがって、リレーの電源は、書き込みが終わって、リセットがかかった後にONにするように運用します。

　コラム　デバッグ情報

　接続がうまくいかないときに、情報が必要です。loggingというライブラリが少しだけ情報を提供してくれます。

from pyModbusTCP.client import ModbusClient
import time
import logging
FORMAT = ('%(asctime)-15s %(threadName)-15s '
'%(levelname)-8s %(module)-15s:%(lineno)-8s %(message)s')
logging.basicConfig(format=FORMAT)
log = logging.getLogger()
log.setLevel(logging.DEBUG)

SERVER_HOST = "192.168.111.100"
SERVER_PORT = 502

c = ModbusClient()

# uncomment this line to see debug message
c.debug(True)

# define modbus server host, port
c.host(SERVER_HOST)
c.port(SERVER_PORT)
c.unit_id(1)
c.open()
#regs = c.write_single_coil(1,True)
regs = c.write_single_coil(0,0)
log.debug(regs)
c.close()

　コラム　パケット・キャプチャ

　ネットワークのアクセスは目に見えません。解析ソフトWireSharkを利用します。実行しているPCは192.168.111.109、MKR WiFi1010は192.168.111.100です。