Escola de Controle Industrial: Interpretação do protocolo de comunicação Modbus [Coleção Yi]

Escola de Controle Industrial: Interpretação do protocolo de comunicação Modbus [Coleção Yi]

Como controlador industrial, você certamente está familiarizado com o protocolo de comunicação Modbus. O Modbus pode ser considerado o protocolo de comunicação mais utilizado na área de automação industrial. Devido à sua abertura, escalabilidade e padronização, tornou-se um padrão industrial geral.

Em 1979, a Schneider Electric desenvolveu o protocolo Modbus para uso industrial. Atualmente, muitas aplicações de comunicação RS485 na indústria utilizam o protocolo Modbus, e é por isso que vamos entender melhor esse protocolo de comunicação.

Modbus é um protocolo de comunicação desenvolvido pela Modicon para comunicação com PLCs (Controladores Lógicos Programáveis). É também o primeiro protocolo de barramento do mundo verdadeiramente utilizado em aplicações industriais. A rede Modbus é um sistema de comunicação industrial formado pela conexão de um controlador lógico programável (CLP) a um terminal inteligente e a um computador através de uma linha pública ou de uma linha dedicada local. Sua estrutura de sistema inclui hardware e software. Pode ser aplicada a diversas aplicações de aquisição de dados e monitoramento de processos.

Funcionalidades do Modbus:

(1) Padrão e aberto, os usuários podem usar o protocolo Modbus gratuitamente e com confiança, sem pagar taxas de licença e não infringirão os direitos de propriedade intelectual.

(2) O Modbus pode suportar uma variedade de interfaces elétricas, como RS-232, RS-485, etc., e também pode ser transmitido em vários meios, como par trançado, fibra óptica, sem fio, etc.

(3) O formato de quadro Modbus é simples, compacto e fácil de entender. É fácil de usar para os usuários e fácil de desenvolver para os fabricantes.

Desde a sua criação em 1979, tornou-se um padrão da indústria na área de comunicação industrial. O Modbus original suportava apenas portas seriais, divididas em modos de transmissão de sinal Rtu e ACSII (geralmente baseados em protocolos de comunicação serial RS485). Com a evolução do mercado, o Modbus ganhou uma nova versão TCP, capaz de se comunicar via Ethernet. Além disso, existe também a versão ModbusPlus, dedicada ao Modicon.

Modbus é um modo de comunicação mestre/escravo com uma única estação mestre. Consiste em uma subestação e múltiplas estações escravas, permitindo que vários dispositivos se comuniquem na mesma rede.

Introdução a três protocolos de comunicação Modbus:

Modbus TCP, Ethernet, RJ45.

ModbusRTU/ASCII, comunicação serial assíncrona, RS232/485/422, fibra óptica, sem fio

ModbusPlus, rede de passagem de token de alta velocidade, cabo coaxial ou cabo óptico.

Dentre eles, ModbusRTU e ModbusTCP são os mais comumente utilizados.

Comparação dos modos de transmissão de sinal

1. RTU e ASCII

1. O protocolo Modbus ASCII possui marcadores de início e fim, o Modbus RTU não.

Isso torna o processamento de pacotes de dados no protocolo ASCII mais conveniente.

Por exemplo: o intervalo de transmissão entre um pacote de dados no protocolo ASCII pode chegar a 1 segundo (geralmente não mais que 1 segundo; mais que 1 segundo o dispositivo receptor considera como um erro).

O protocolo RTU estipula que o tempo de envio ou recebimento entre cada dois bytes não deve exceder 3,5 vezes o tempo de transmissão do caractere; caso contrário, se o tempo especificado for excedido, será considerado o início de um novo quadro.

2. O protocolo ASCII possui alta legibilidade, mas baixa eficiência de transmissão.

Como o protocolo ASCII transmite todos os caracteres ASCII visíveis, a etapa de depuração será mais intuitiva.

Mas essa também é a sua desvantagem. O aumento na legibilidade acarreta baixa eficiência na transmissão da comunicação. Por exemplo, para transmitir o número hexadecimal 0xF9, o ASCII transmitirá dois caracteres, 'F' e '9, para completar a transferência.

Como protocolo de comunicação utilizado na área industrial, o Modbus destina-se principalmente a trabalhadores qualificados e engenheiros. Não exige alta legibilidade. Em contrapartida, a quantidade de dados transmitidos é geralmente relativamente grande, sendo, portanto, raramente utilizado no setor industrial. Em vez disso, utiliza-se o protocolo ASCII.

3. Diferentes procedimentos de verificação

O formato RTU utiliza verificação CRC, enquanto o ASCII utiliza verificação LRC. O procedimento de verificação LRC é mais simples do que o procedimento de verificação CRC. Os dois métodos de verificação serão descritos em detalhes em artigos subsequentes.

2. TCP e Rtu

1. O conceito é diferente: Modbus é um protocolo padrão de troca de dados para controle industrial. Ele pode usar RTU e ASCII para a transmissão mútua de dados. O RTU utiliza dados binários. Esse método transmite os dados diretamente, e o TCP converte cada byte de dados binários em uma sequência hexadecimal fixa de dois dígitos, que é então concatenada em sequência para transmitir os dados na forma de código TCP. Geralmente, o método RTU é o mais utilizado.

2. Diferentes métodos de comunicação: Ethernet, cujo modo de comunicação correspondente é ModbusTCP. Transmissão serial assíncrona (diversos meios como RS-232/422/485 com fio; fibra óptica, sem fio, etc.), cujo modo de comunicação correspondente é ModbusRtu ou ModbusASCII. Rede de passagem de token de alta velocidade, cujo modo de comunicação correspondente é ModbusPLUS.

Código de função Modbus