Escola de Controle Industrial: Interpreta??o do protocolo de comunica??o Modbus [Cole??o Yi]

Escola de Controle Industrial: Interpreta??o do protocolo de comunica??o Modbus [Cole??o Yi]

Como controlador industrial, você certamente está familiarizado com o protocolo de comunica??o Modbus. O Modbus pode ser considerado o protocolo de comunica??o mais utilizado na área de automa??o industrial. Devido à sua abertura, escalabilidade e padroniza??o, tornou-se um padr?o industrial geral.

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

Modbus é um protocolo de comunica??o desenvolvido pela Modicon para comunica??o com PLCs (Controladores Lógicos Programáveis). ? também o primeiro protocolo de barramento do mundo verdadeiramente utilizado em aplica??es industriais. A rede Modbus é um sistema de comunica??o industrial formado pela conex?o 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 aplica??es de aquisi??o de dados e monitoramento de processos.

Funcionalidades do Modbus:

(1) Padr?o e aberto, os usuários podem usar o protocolo Modbus gratuitamente e com confian?a, sem pagar taxas de licen?a e n?o infringir?o 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 tran?ado, fibra óptica, sem fio, etc.

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

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

Modbus é um modo de comunica??o mestre/escravo com uma única esta??o mestre. Consiste em uma subesta??o e múltiplas esta??es escravas, permitindo que vários dispositivos se comuniquem na mesma rede.

Introdu??o a três protocolos de comunica??o Modbus:

Modbus TCP, Ethernet, RJ45.

ModbusRTU/ASCII, comunica??o 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 s?o os mais comumente utilizados.

Compara??o dos modos de transmiss?o de sinal

1. RTU e ASCII

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

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

Por exemplo: o intervalo de transmiss?o entre um pacote de dados no protocolo ASCII pode chegar a 1 segundo (geralmente n?o 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 n?o deve exceder 3,5 vezes o tempo de transmiss?o 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 transmiss?o.

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

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

Como protocolo de comunica??o utilizado na área industrial, o Modbus destina-se principalmente a trabalhadores qualificados e engenheiros. N?o 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 verifica??o

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

2. TCP e Rtu

1. O conceito é diferente: Modbus é um protocolo padr?o de troca de dados para controle industrial. Ele pode usar RTU e ASCII para a transmiss?o 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 ent?o concatenada em sequência para transmitir os dados na forma de código TCP. Geralmente, o método RTU é o mais utilizado.

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

Código de fun??o Modbus