如何使用 InfluxDB 监控您的 Modbus 设备

作者：Samantha Wang / 产品, 用例, 开发者
2020 年 6 月 24 日

我们在 Telegraf 1.14 中发布了一个新的 Modbus 输入插件，在本博客中，我想告诉您更多关于该插件的信息以及如何使用它。

什么是 Modbus？

Modbus 是一种用于工业设备的消息协议，由 Modicon（现在的施耐德电气）开发，用于这些智能设备之间的主从通信。它已成为远程终端单元 (RTU) 的理想协议，在这些单元中，无线通信是必要的。Modbus 是开放且免费的，制造商可以将其构建到他们的设备中，而无需支付任何版税。Modbus 协议现在由美国非营利行业协会 Modbus.org 控制。

Modbus 在哪里使用？

由于 Modbus 是一种免版税的开放协议，它已成为工业制造环境中应用最广泛的网络协议之一。Modbus 已被 数百家供应商在数千种不同的设备上实施，以在控制设备之间传输离散/模拟 I/O 和寄存器数据。行业分析师报告称，仅在北美和欧洲就有超过 700 万个 Modbus 节点。

如何从使用 Modbus 的物联网设备中检索数据？

来自 Simply Modbus 关于数据如何在标准 Modbus 中存储的一些背景知识。从设备将信息存储在 4 个不同的表中：两个表存储开/关离散值（线圈），两个表存储数值（寄存器）。线圈和寄存器各有只读表和读写表，最多可存储 9999 个值。线圈/寄存器号可以被认为是位置名称，因为它们不会出现在实际消息中；它们的数据地址在消息中使用。

您可能想知道：Modbus 线圈和离散输入之间有什么区别？线圈可以读取或写入，而离散输入是只读的。线圈通常与继电器输出相关联。

您也可能会问：Modbus 输入寄存器和保持寄存器之间有什么区别？输入寄存器是只读的，而保持寄存器可以读取或写入。

您可以使用 Telegraf Modbus 输入插件通过 Modbus TCP 或 Modbus RTU/ASCII 从离散输入、线圈、输入寄存器和保持寄存器收集数据。与大多数 Telegraf 插件一样，Modbus 输入插件不需要详尽的配置。

要利用 Modbus 插件，您需要通过配置来自 discrete_inputs 和 coils 的数字变量来确定您希望从设备收集的指标。这可以通过配置它们的变量名称 (name) 和变量地址 (address) 来完成。至于模拟变量，需要为从 holding_registers 和 input_registers 收集的每个指标配置 name、byte_order、data_type、scale 和 address。

以下是 Modbus 输入插件的示例配置，可在 Telegraf 中用于检索 Modbus 指标。

[[inputs.modbus]]
  ## Connection Configuration
  ##
  ## The module supports connections to PLCs via MODBUS/TCP or
  ## via serial line communication in binary (RTU) or readable (ASCII) encoding
  ##
  ## Device name
  name = "Device"

  ## Slave ID - addresses a MODBUS device on the bus
  ## Range: 0 - 255 [0 = broadcast; 248 - 255 = reserved]
  slave_id = 1

  ## Timeout for each request
  timeout = "1s"

  ## Maximum number of retries and the time to wait between retries
  ## when a slave-device is busy.
  # busy_retries = 0
  # busy_retries_wait = "100ms"

  # TCP - connect via Modbus/TCP
  controller = "tcp://localhost:502"

  ## Serial (RS485; RS232)
  # controller = "file:///dev/ttyUSB0"
  # baud_rate = 9600
  # data_bits = 8
  # parity = "N"
  # stop_bits = 1
  # transmission_mode = "RTU"

  ## Measurements
  ##

  ## Digital Variables, Discrete Inputs and Coils
  ## name    - the variable name
  ## address - variable address

  discrete_inputs = [
    { name = "Start",          address = [0]},
    { name = "Stop",           address = [1]},
    { name = "Reset",          address = [2]},
    { name = "EmergencyStop",  address = [3]},
  ]
  coils = [
    { name = "Motor1-Run",     address = [0]},
    { name = "Motor1-Jog",     address = [1]},
    { name = "Motor1-Stop",    address = [2]},
  ]

  ## Analog Variables, Input Registers and Holding Registers
  ## measurement - the (optional) measurement name, defaults to "modbus"
  ## name       - the variable name
  ## byte_order - the ordering of bytes
  ##  |---AB, ABCD   - Big Endian
  ##  |---BA, DCBA   - Little Endian
  ##  |---BADC       - Mid-Big Endian
  ##  |---CDAB       - Mid-Little Endian
  ## data_type  - INT16, UINT16, INT32, UINT32, INT64, UINT64, FLOAT32, FLOAT32-IEEE (the IEEE 754 binary representation)
  ## scale      - the final numeric variable representation
  ## address    - variable address

  holding_registers = [
    { name = "PowerFactor", byte_order = "AB",   data_type = "FLOAT32", scale=0.01,  address = [8]},
    { name = "Voltage",     byte_order = "AB",   data_type = "FLOAT32", scale=0.1,   address = [0]},
    { name = "Energy",      byte_order = "ABCD", data_type = "FLOAT32", scale=0.001, address = [5,6]},
    { name = "Current",     byte_order = "ABCD", data_type = "FLOAT32", scale=0.001, address = [1,2]},
    { name = "Frequency",   byte_order = "AB",   data_type = "FLOAT32", scale=0.1,   address = [7]},
    { name = "Power",       byte_order = "ABCD", data_type = "FLOAT32", scale=0.1,   address = [3,4]},
  ]
  input_registers = [
    { name = "TankLevel",   byte_order = "AB",   data_type = "INT16",   scale=1.0,     address = [0]},
    { name = "TankPH",      byte_order = "AB",   data_type = "INT16",   scale=1.0,     address = [1]},
    { name = "Pump1-Speed", byte_order = "ABCD", data_type = "INT32",   scale=1.0,     address = [3,4]},
  ]

*注意：我们已联系 Modbus 组织以重命名主/从术语，以便可以在 Telegraf 配置中更新它。

通过 Telegraf Modbus 插件收集哪些指标？

从 Modbus 输入插件收集的指标是自定义的，并使用上面示例中的 discrete_inputs、coils、holding_register 和 input_registers 选项进行配置。

标签

Modbus 插件中的标签将返回标记为 host 的设备名称。

字段

在上面的示例配置中，收集的字段如下，并取决于在 holding_registers 和 input_registers 选项中设置的内容。

来自 holding_registers 配置

• 功率因数 (PowerFactor)
• 电压 (Voltage)
• 能量 (Energy)
• 电流 (Current)
• 频率 (Frequency)
• 功率 (Power)

来自 input_registers 配置

• 液位 (TankLevel)
• 罐体 pH 值 (TankPH)
• 泵 1 速度 (Pump1-Speed)

使用 InfluxDB 轻松启动和运行 Modbus 监控的简单方法是什么？

InfluxDB 2.0 最近推出了 InfluxDB 模板——预先打包的 InfluxDB 配置，其中包含从仪表板和 Telegraf 配置到通知和警报的所有内容，都在一个清单文件中。InfluxDB 模板允许您快速设置 InfluxDB 的全新实例，并为常见设置创建可重用的模板。

Ray Farias 贡献了一个用于 Island Pulse Monitoring 的 Modbus 模板。此 InfluxDB 模板可用于从 Modbus 设备收集数据。

<figcaption> InfluxDB 模板中包含的 Island Pulse Monitoring 仪表板</figcaption>

该模板包含一个 Island Pulse Demo Modbus Device 仓库，用于您可以使用的工作演示设备，以探索 InfluxDB 模板和/或 Modbus Telegraf 输入插件。

开始使用 InfluxDB 和 Modbus！

最后，非常感谢贡献了 Modbus 输入插件的 Antonio Garcia 和为第一个利用它的 InfluxDB 模板的 Ray Farias！没有像 Antonio 和 Ray 这样的贡献者，InfluxData 就不会有今天的成就。

如果您或您的公司正在寻找一种方法来监控您的 Modbus 设备，请试用您在这篇 Telegraf 插件中读到的所有内容。我们很乐意听取您如何使用此插件或任何其他 InfluxData 产品监控 Modbus。加入我们的 社区 Slack 频道，您可以在其中提问并与其他使用 InfluxDB 的人互动。