مدرسة التحكم الصناعي: تفسير بروتوكول اتصال Modbus [مجموعة يي]

مدرسة التحكم الصناعي: تفسير بروتوكول اتصال Modbus [مجموعة يي]

بصفتك متخصصًا في أنظمة التحكم الصناعية، لا بد أنك على دراية ببروتوكول الاتصال Modbus. يُعدّ بروتوكول Modbus من أكثر بروتوكولات الاتصال استخدامًا في مجال الأتمتة الصناعية، وذلك بفضل انفتاحه وقابليته للتوسع وتوحيد معاييره، ما جعله معيارًا صناعيًا عامًا.

في عام 1979، طورت شركة شنايدر إلكتريك بروتوكول ناقل البيانات Modbus للاستخدام في المجال الصناعي. واليوم، يُستخدم بروتوكول Modbus في العديد من تطبيقات الاتصال RS485 في الصناعة، لذا سنتناول اليوم بروتوكول Modbus للاتصال.

مودبوس هو بروتوكول اتصال طورته شركة موديكون لأنظمة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). وهو أول بروتوكول ناقل بيانات يُستخدم فعليًا في المجالات الصناعية. شبكة مودبوس هي نظام اتصالات صناعي، يتكون من ربط وحدة تحكم قابلة للبرمجة بطرفية ذكية وحاسوب عبر خط عام أو خط محلي مخصص. يشمل هيكل النظام مكونات مادية وبرمجية، ويمكن تطبيقه في عمليات جمع البيانات ومراقبة العمليات المختلفة.

ميزات مودبوس:

(1) معياري ومفتوح، يمكن للمستخدمين استخدام بروتوكول Modbus مجانًا وبثقة، دون دفع رسوم ترخيص، ولن ينتهك حقوق الملكية الفكرية.

(2) يمكن لبروتوكول Modbus دعم مجموعة متنوعة من الواجهات الكهربائية، مثل RS-232 و RS-485 وما إلى ذلك، ويمكن أيضًا نقله عبر وسائط مختلفة، مثل الزوج الملتوي والألياف الضوئية واللاسلكية وما إلى ذلك.

(3) يتميز تنسيق إطار Modbus بالبساطة والاختصار وسهولة الفهم. فهو سهل الاستخدام للمستخدمين وسهل التطوير للمصنعين.

منذ إطلاقه عام ١٩٧٩، أصبح بروتوكول Modbus معيارًا صناعيًا في مجال الاتصالات الصناعية. يدعم Modbus الأصلي المنافذ التسلسلية فقط، والتي تنقسم إلى نمطي نقل الإشارة RTU وACSII (عادةً ما يعتمدان على وسائط الاتصال التسلسلي RS485). ومع تطور الزمن، أُصدر Modbus بنسخة TCP جديدة تدعم الاتصال عبر الإيثرنت. إضافةً إلى ذلك، يتوفر Modbus بنسخة ModbusPlus المخصصة لبروتوكول Modicon.

مودبوس هو نمط اتصال رئيسي/تابع مع محطة رئيسية واحدة. ويتكون من محطة فرعية واحدة وعدة محطات تابعة، مما يسمح لأجهزة متعددة بالاتصال على نفس الشبكة.

تقديم ثلاثة بروتوكولات اتصال Modbus:

ModbusTCP، إيثرنت، RJ45.

ModbusRTU/ASCII، اتصال تسلسلي غير متزامن، RS232/485/422، ألياف ضوئية، لاسلكي

ModbusPlus، شبكة تمرير الرموز عالية السرعة، كابل محوري أو كابل بصري.

ومن بينها، يعتبر ModbusRTU و ModbusTCP الأكثر استخدامًا.

مقارنة أنماط نقل الإشارة

1. RTU و ASCII

1. يحتوي بروتوكول ModbusASCII على علامات بداية ونهاية، بينما لا يحتوي بروتوكول ModbusRTU على ذلك.

وهذا يجعل معالجة حزم البيانات في بروتوكول ASCII أكثر ملاءمة.

على سبيل المثال: يمكن أن تصل فترة الإرسال بين حزمة البيانات في بروتوكول ASCII إلى ثانية واحدة (عمومًا لا تزيد عن ثانية واحدة، وإذا زادت عن ثانية واحدة يعتبرها الجهاز المستقبل خطأً).

ينص بروتوكول RTU على أن وقت الإرسال أو الاستقبال بين كل بايتين يجب ألا يتجاوز 3.5 ضعف وقت إرسال الحرف، وإلا فسيتم اعتباره بداية إطار جديد إذا تم تجاوز الوقت المحدد.

2. يتميز بروتوكول ASCII بقابلية قراءة عالية وكفاءة نقل منخفضة.

لأن بروتوكول ASCII ينقل جميع أحرف ASCII المرئية، ستكون مرحلة تصحيح الأخطاء أكثر سهولة.

لكن هذا يُعدّ عيبًا أيضًا. فزيادة سهولة القراءة تؤدي إلى انخفاض كفاءة نقل البيانات. على سبيل المثال، لنقل الرقم السداسي العشري 0xF9، سينقل نظام ASCII الحرفين 'F' و'9'. اكتمل النقل.

يُستخدم بروتوكول Modbus في المجال الصناعي، وهو مخصص بشكل أساسي للعمال المهرة والمهندسين. لا يتطلب هذا البروتوكول قدرة عالية على قراءة البيانات، بل على العكس، نظرًا لكبر حجم البيانات المنقولة، فإنه نادرًا ما يُستخدم في هذا المجال. يُفضل استخدام بروتوكول ASCII.

3. إجراءات التحقق المختلفة

تستخدم تقنية RTU التحقق من CRC، بينما تستخدم تقنية ASCII التحقق من LRC. إجراء التحقق من LRC أبسط من إجراء التحقق من CRC. سيتم شرح طريقتي التحقق بالتفصيل في مقالات لاحقة.

2. بروتوكول TCP و RTU

1. يختلف المفهوم: Modbus هو بروتوكول قياسي لتبادل بيانات التحكم الصناعي. يمكنه استخدام RTU وASCII لنقل بيانات البروتوكول. يستخدم RTU البيانات الثنائية، حيث ينقل البيانات مباشرةً، بينما يقوم TCP بتحويل كل بايت من البيانات الثنائية إلى سلسلة سداسية عشرية ثابتة مكونة من رقمين، ثم يجمعها بالتسلسل لنقل البيانات على شكل رمز TCP. عمومًا، يُعدّ استخدام RTU هو الأكثر شيوعًا.

٢. طرق اتصال مختلفة: الإيثرنت، ونمط الاتصال المقابل هو ModbusTCP. الإرسال التسلسلي غير المتزامن (عبر وسائط مختلفة مثل RS-232/422/485 السلكية، والألياف الضوئية، واللاسلكية، وما إلى ذلك)، ونمط الاتصال المقابل هو ModbusRtu أو ModbusASCII. شبكة تمرير الرموز عالية السرعة، ونمط الاتصال المقابل هو ModbusPLUS.

رمز وظيفة Modbus