Modbus, protocol: descriere, domeniu, avantaje și dezavantaje

Modbus este un protocol de comunicare serial deschis. Ea a fost dezvoltată în 1979 pentru a fi utilizată cu dispozitive controler logic programabile (PLC), fiind acum utilizată pe scară largă pentru conectarea multor tipuri de dispozitive electronice industriale conectate la diferite tipuri de rețele.

Protocolul cel mai folosit în toate automatizările industriale. Modbus este foarte popular. Acesta este un dispozitiv foarte simplu și ușor de utilizat, cu comunicație standard de serie. Într-o rețea Modbus, fiecare dispozitiv se uită în rețea ca un set de bobine și registre. Expertul citește și scrie aceste bobine și registre utilizând un set de comenzi foarte simplu și concis. Comunicarea se mișcă numai într-o singură direcție.

Implementarea protocolului Modbus, stabilită în practică, este foarte scurtă. Deși există douăzeci de comenzi de bază, doar câteva dintre ele sunt într-adevăr implementate. Cele mai obișnuite comenzi sunt bobinele lizibile, bobinele scrise, citirea registrului, setarea registrelor. Un mic set de comenzi este un alt motiv pentru popularitatea protocolului.

Modbus - Protocol de aplicații extins

Convertorul de protocol este folosit pe scară largă din mai multe motive:

• Modbus este un protocol open source. Aceasta înseamnă că poate fi inclus într-o gamă largă de tipuri de dispozitive de la orice furnizor de hardware.
• Utilizează o structură de mesaje simple, ceea ce face mai puțin dificilă implementarea. Poate necesita doar câteva zile pentru implementare. Acesta este un avantaj competitiv clar față de alte protocoale, ceea ce poate dura luni de învățare și desfășurare.
• Suporta conexiuni seriale sau Ethernet.
• Se utilizează cu două tipuri de conexiuni seriale: RS-232 și RS-485. Unele versiuni ale protocolului Modbus tcp pot fi trimise și prin Ethernet sau TCP / IP. Aceste mesaje Modbus sunt ambalate ca pachete de cuvinte pe un singur bit sau pe 16 biți.

Protocolul de rețea Modbus nu face parte din stratul fizic din rețea. Comunicarea este transmisă peste straturile fizice, ceea ce permite utilizarea acesteia în multe tipuri diferite de rețele. Această proprietate a nivelului non-fizic face Modbus un protocol de aplicație.

Protocolul de comunicație Modbus este un mod obișnuit de colectare a datelor din diferite surse pentru operații de vizualizare, arhivare și depanare de la o locație centrală la distanță. Este utilizat pe scară largă și este o tehnologie destul de simplă. În funcție de aplicație, un nou protocol poate avea mai multe avantaje.

În mod obișnuit, un PC este configurat pentru a rula programe cum ar fi Wonderware, Intellution sau LabVIEW într-un singur loc pentru a colecta date de la diferite procese din întreaga întreprindere. O altă aplicație este concepută pentru configurarea controlorilor de la distanță (PLC, Allen-Bradley, Siemens, PLCDirect și altele). Pentru a răspunde diferitelor niveluri sau moduri care sunt transmise de la dispozitiv.

Două variante ale protocolului

Există două opțiuni de protocol care trec prin conexiuni seriale. Unul dintre acestea este protocolul Modbus RTU. Descrierea acestei variante: este mai compactă, folosește o conexiune binară. În acest format, transmiterea datelor este întotdeauna însoțită de o sumă de control ciclică de redundanță, care este utilizată pentru detectarea problemelor de transmisie.

A doua opțiune este Modbus ASCII. Această versiune este mai detaliată, folosește codificarea ASCII hexazecimală, care poate fi citită de operatori. Modbus ASCII este un protocol mai puțin sigur. Deoarece este mai puțin eficientă decât Modbus RTU, operatorii trebuie să utilizeze numai ASCII pentru a transfera date către dispozitive care nu acceptă formatul RTU. ASCII poate fi, de asemenea, util dacă mesajul RTU nu poate fi aplicat corect.

Modbus Protocol pentru Dummies

Modbus este un protocol de comunicare serială utilizat pentru a transmite informații pe linii de serie între dispozitive electronice. Cel care cere informații este numit comandant, iar informațiile despre livrarea dispozitivelor sunt sclavi. În rețeaua Modbus standard, există un maestru și până la 247 de sclavi, fiecare având o adresă slave unică de la 1 la 247. Maestrul poate scrie, de asemenea, informații către slavi.

Pentru ce se utilizează?

Modbus este un protocol deschis. Acest lucru înseamnă că producătorii îl pot construi gratuit în echipamentul lor. Acesta a devenit un protocol de comunicare standard în industrie și este în prezent cel mai comun mijloc de conectare a dispozitivelor electronice industriale. Este utilizat pe scară largă de mulți producători în multe industrii.

Modbus este, de obicei, utilizat pentru a transmite semnale de la dispozitive și dispozitive de control înapoi la controlerul principal sau sistemul de achiziție de date, de exemplu, un sistem care măsoară temperatura și umiditatea, transmite rezultatele către un computer. Modbus este adesea folosit pentru a conecta un computer de control cu ​​o unitate terminală la distanță (RTU) în sistemele de supraveghere și achiziție de date (SCADA). Există versiuni ale protocolului Modbus pentru linii de serie (RTU și ASCII) și pentru Ethernet (TCP).

Cum funcționează?

Modbus este transmis prin linii seriale între dispozitive. Cea mai simplă instalare ar fi un cablu serial care conectează porturile seriale la două dispozitive: Master și Slave.

Datele sunt trimise ca o serie de unități și zerouri, numite biți. Fiecare bit este transmis ca o tensiune, zerouri pozitive, iar unitățile sunt tensiuni negative. Mijloacele sunt trimise foarte repede. Rata de transmisie tipică este 9600 baud (biți pe secundă).

Protocolul Master / Slave

Atunci când se descrie protocolul Modbus RTU, comunicarea se efectuează între echipamentul central centralizat, 247 de dispozitive electronice conectate într-o singură rețea. Proiectul este denumit de obicei protocolul master / slave, deoarece sistemul Master cere informații de la dispozitivele conectate, numite "sclavi". Slavele trimit informații numai maestrului ca răspuns la aceste cereri, nu funcționează în mod autonom. De asemenea, comandantul poate scrie informații către dispozitive slave, dar dispozitivele slave nu pot înregistra informații comandantului.

Când slave-ul transmite un mesaj Modbus, acesta începe să genereze un mesaj cu un identificator unic de adresă. Acest număr este de la 1 la 247, ceea ce permite expertului să determine care dispozitiv respectiv îndeplinește informațiile solicitate.

Comunicare și dispozitive

Fiecare dispozitiv alocat pentru comunicații utilizând Modbus are o adresă unică. În rețele succesive, numai nodul atribuit de comandant poate iniția comanda. În Ethernet, orice dispozitiv poate trimite o comandă Modbus, deși, de obicei, numai un singur master face acest lucru. Comanda conține adresa dispozitivului pentru care este destinat (de la 1 la 247). Toate comenzile includ informații despre suma de control pentru a permite destinatarului să detecteze erorile de transmisie. Comenzile de bază Modbus spun RTU că schimbă valoarea într-unul din registrele sale, controlează sau citesc portul I / O, comandă dispozitivul să trimită înapoi una sau mai multe valori din registrele sale.

Există multe modemuri și gateway-uri care suportă Modbus, deoarece acesta este un protocol foarte simplu și este adesea copiat. Unele dintre ele au fost special concepute pentru el. Diferite implementări folosesc, de exemplu, comunicații prin cablu, fără fir, în banda ISM și chiar în Serviciul de mesaje scurte (SMS), precum și în serviciul GPRS (General Packet Radio Service). Problemele tipice cu care se confruntă designerii includ probleme latente și timp ridicate.

Prezentare generală a tipurilor de înregistrări Modbus

Tipurile de registre la care se referă dispozitivele includ:

• bobină (ieșire digitală) -
• intrare /
• Registrul de intrare -
• înregistrarea exploatației.

Coduri de funcții

Există trei categorii de coduri funcționale Modbus:

• Codurile funcționale comune - de la 1 la 127, cu excepția codurilor de utilizator testate de comunitatea Modbus, sunt documentate public și sunt garantate ca fiind unice.
• Codurile funcțiilor personalizate sunt în două intervale de la 65 la 72, de la 100 la 110.
• Codurile funcțiilor rezervate - utilizate de unele companii pentru produsele învechite, nu sunt disponibile pentru uz general.

avantaje

Unele avantaje ale utilizării protocolului Modbus:

• Dacă driverul este deja instalat și utilizatorul cunoaște conexiunile Ethernet și TCP / IP, șoferul poate lucra și comunica cu PC-ul în câteva ore. Costurile de dezvoltare sunt considerate scăzute. Este necesar un număr minim de echipamente. Driverul este compatibil cu orice sistem de operare.
• Nu este nevoie de chipset-uri "exotice", deci sistemul poate folosi carduri Ethernet standard pentru a comunica cu noul dispozitiv implementat. Deoarece costurile Ethernet scad, costurile hardware sunt reduse. Utilizatorii nu sunt legați de un furnizor de servicii pentru asistență, dar pot profita de evoluțiile actuale.
• Specificațiile sunt disponibile gratuit pentru descărcare, nu sunt necesare taxe suplimentare de licență necesare pentru utilizarea protocoalelor Modbus.
• Interacțiunea dintre dispozitivele diferiților producători și compatibilitatea cu baza instalată a dispozitivelor compatibile.

Convertoarele de protocol Modbus sunt scumpe. Prețul vaselor industriale este de 1000 de dolari.

restricţii

Deoarece Modbus a fost dezvoltat la sfârșitul anilor 1970 pentru a comunica cu controale logice programabile, numărul de tipuri de date este limitat la cele care au fost înțelese de PLC la momentul respectiv. Obiectele binare mari nu sunt acceptate.

Nu există un mod standard pentru ca un nod să găsească o descriere a unui obiect de date, de exemplu, pentru a determina dacă o valoare a înregistrării reprezintă o valoare a temperaturii între 30 și 175 de grade.

Deoarece Modbus este un protocol master / slave, nu este posibil ca dispozitivul să "raporteze o excepție" (cu excepția Ethernet TCP / IP, numit open-mbus). Nodul principal trebuie să primească în mod regulat date de la dispozitivele copilului său, precum și să caute schimbări în date. Acest lucru reduce lățimea de bandă, mărește timpul de conectare la rețea în aplicații unde lățimea de bandă poate fi costisitoare, de exemplu, în canalele cu rate scăzute de date.

Modbus este limitat la adresarea a 254 de dispozitive pe aceeași linie de date, ceea ce limitează numărul de dispozitive care pot fi conectate la stația master (Ethernet TCP / IP este o excepție). Transmisiile trebuie să fie continue, ceea ce limitează tipurile de dispozitive de comunicație la distanță care pot tampona datele pentru a evita lacunele în transmisie. Protocolul Modbus nu oferă protecție împotriva comenzilor neautorizate sau interceptarea datelor. Este important să se înțeleagă că în timpul transferului de informații există erori logice, precum și legate de distorsiuni în schimb.