Modbus, protokol: opis, opseg, prednosti i nedostaci

Modbus je otvoreni serijski komunikacijski protokol. Razvijen je 1979. godine za uporabu s PLC uređajima, a danas se naširoko koristi za povezivanje mnogih tipova industrijskih elektroničkih uređaja povezanih s različitim vrstama mreža.

Najčešće korišteni protokol u svim industrijskim automatizacijama. Modbus je vrlo popularan. Ovo je vrlo jednostavan i lagan za korištenje s standardnom serijskom komunikacijom. U Modbus mreži, svaki uređaj gleda na mrežu kao skup spirala (bitova) i registara. Čarobnjak čita i piše ove zavojnice i registre pomoću vrlo jednostavnih i sažetih naredbi. Komunikacija se kreće samo u jednom smjeru odjednom.

Implementacija Modbus protokola, uspostavljena u praksi, vrlo je kratka. Iako ima dvadeset osnovnih naredbi, samo su neki od njih stvarno implementirani. Najčešće naredbe su čitljivi zavojnice, zapisivi zavojnice, čitanje registra, postavljanje registara. Mali skup naredbi još je jedan od razloga za popularnost protokola.

Modbus - Extended Application Protocol

Pretvornik protokol je naširoko koristi iz više razloga:

• Modbus je open source protokol. To znači da se može uključiti u širok raspon vrsta uređaja od bilo kojeg dobavljača hardvera.
• Koristi jednostavnu strukturu poruka, što ga čini manje teškim za implementaciju. Može zahtijevati samo nekoliko dana za implementaciju. Ovo je jasna konkurentska prednost u odnosu na druge protokole, što može potrajati nekoliko mjeseci kako bi se naučili i implementirali.
• Podržava serijske ili Ethernet veze.
• Koristi se s dvije vrste serijskih veza: RS-232 i RS-485. Neke verzije Modbus tcp protokola također se mogu poslati preko Ethernet ili TCP / IP. Te Modbus poruke zapakirane su kao one-bitni ili 16-bitni paketi riječi.

Mrežni protokol Modbus nije dio fizičkog sloja u mreži. Komunikacija se prenosi preko fizičkih slojeva, što omogućuje da se koristi u mnogim različitim vrstama mreža. Ova svojstva nefizičke razine čine Modbus aplikacijskim protokolom.

Modbus komunikacijski protokol je uobičajen način prikupljanja podataka iz različitih izvora za pregledavanje operacija, arhiviranje i rješavanje problema s središnje udaljenog mjesta. Naširoko se koristi i prilično je jednostavna tehnologija. Ovisno o aplikaciji, novi protokol može imati više prednosti.

Tipično, računalo je konfigurirano za pokretanje programa kao što su Wonderware, Intellution ili LabVIEW na jednom mjestu za prikupljanje podataka iz različitih procesa u cijelom poduzeću. Druga aplikacija dizajnirana je za konfiguriranje daljinskog upravljača procesa (PLC, Allen-Bradley, Siemens, PLCDirect i drugi). Da biste odgovorili na različite razine ili načine koji se prenose s uređaja.

Dvije varijante protokola

Postoje dvije opcije protokola koje prolaze kroz serijske veze. Jedan od njih je i Modbus RTU protokol. Opis ove varijante: kompaktniji, koristi binarnu vezu. U ovom formatu, prijenos podataka uvijek prati ciklusni kontrolni zbroj redundancije, koji se koristi za otkrivanje problema prijenosa.

Druga mogućnost je Modbus ASCII. Ova verzija je detaljnija, koristi heksadecimalni ASCII kodiranje, koje operatori mogu čitati. Modbus ASCII je manje siguran protokol. Budući da je manje učinkovit nego Modbus RTU, operatori moraju koristiti samo ASCII za prijenos podataka na uređaje koji ne podržavaju RTU format. ASCII može biti korisno i ako se RTU poruka ne može ispravno primijeniti.

Modbus protokol za lutke

Modbus je serijski komunikacijski protokol koji se koristi za prijenos informacija preko serijskih linija između elektroničkih uređaja. Onaj koji zahtijeva informacije naziva se gospodar, a informacije o isporuci uređaja su robovi. U standardnoj Modbus mreži nalazi se jedan Učitelj i do 247 Slaves, od kojih svaka ima jedinstvenu robnu adresu od 1 do 247. Zapovjednik također može pisati podatke Slavenima.

Za što se koristi?

Modbus je otvoreni protokol. To znači da proizvođači mogu besplatno graditi u svojoj opremi. Postao je standardni komunikacijski protokol u industriji, a trenutno je najčešći način povezivanja industrijskih elektroničkih uređaja. Naširoko koriste mnogi proizvođači u mnogim industrijama.

Modbus se obično koristi za prijenos signala s uređaja i upravljačkih uređaja natrag u glavni kontroler ili sustav za prikupljanje podataka, na primjer, sustav koji mjeri temperaturu i vlagu, prenosi rezultate na računalo. Modbus se često koristi za povezivanje upravljačkog računala s udaljenom terminalnom jedinicom (RTU) u sustavima nadzora nadzora i prikupljanja podataka (SCADA). Postoje verzije protokola Modbus za serijske linije (RTU i ASCII) i za Ethernet (TCP).

Kako to radi?

Modbus se prenosi preko serijskih linija između uređaja. Najjednostavnija postavka bila bi jedan serijski kabel koji povezuje serijske priključke s dva uređaja: Master i Slave.

Podaci se šalju kao niz jedinica i nula, nazvanih bita. Svaki bit se prenosi kao napon, nula su pozitivni, a jedinice su negativni naponi. Bitovi se šalju vrlo brzo. Tipična brzina prijenosa je 9600 baud (bitova u sekundi).

Master / Slave Protocol

Kada se opisuje Modbus RTU protokol, komunikacija se provodi između centralizirane glavne opreme, 247 spojenih elektroničkih uređaja u jednoj mreži. Dizajn se obično naziva master / slave protokol, jer Master sustav zahtijeva informacije iz povezanih uređaja, koji se nazivaju "robovi". Robovi slati informacije samo majstoru kao odgovor na te zahtjeve, oni ne rade samostalno. Zapovjednik također može pisati podatke robnim uređajima, ali robovni uređaji ne mogu snimati podatke gospodaru.

Kada rob pošalje Modbus poruku, počinje generirati poruku s jedinstvenim identifikatorom adrese. Ovaj broj je od 1 do 247, čime čarobnjak određuje koji će uređaj odgovarati traženim informacijama.

Komunikacija i uređaji

Svaki uređaj dodijeljen za komunikaciju koristeći Modbus ima jedinstvenu adresu. U uzastopnim mrežama, samo čvor kojeg dodjeljuje majstor može pokrenuti naredbu. U Ethernet-u, svaki uređaj može poslati naredbu Modbus, iako to obično samo jedan majstor. Naredba sadrži adresu uređaja za koji je namijenjen (od 1 do 247). Sve naredbe uključuju informacije o checksumu kako bi omogućile primatelju da otkrije pogreške u prijenosu. Osnovni Modbus RTU naredbe ukazuju na promjenu vrijednosti u jednom od svojih registara, upravljanje ili čitanje ulazni-izlazni priključak, uređaj naredba poslati natrag jednu ili više vrijednosti sadržane u njegovim knjigama.

Postoje mnogi modemi i pristupnici koji podržavaju Modbus, jer je to vrlo jednostavan protokol i često se kopira. Neki od njih bili su posebno dizajnirani za njega. Različite implementacije koriste, primjerice, žičnu, bežičnu komunikaciju u ISM bendu, pa čak i uslugu kratkih poruka (SMS), kao i uslugu GPRS (General Packet Radio Service). Tipični problemi s kojima se suočavaju dizajneri uključuju probleme s visokom latencijom i vremenom.

Pregled tipova Modbus registra

Vrste registara na koje upućuju uređaji uključuju:

• zavojnica (digitalni izlaz) -
• diskretni ulaz /
• Ulazni registar -
• registraciju gospodarstva.

Šifre funkcija

Postoje tri kategorije Modbus funkcijskih kodova:

• Zajednički funkcijski kodovi - od 1 do 127, osim korisničkih kodova koje testira zajednica Modbus, javno su dokumentirani i zajamčeni su jedinstveni.
• Prilagođeni kodovi funkcija su u dva raspona od 65 do 72, od 100 do 110.
• Kodovi rezerviranih funkcija - koje neke tvrtke koriste za zastarjele proizvode, nisu dostupne za opću upotrebu.

prednosti

Neke prednosti korištenja Modbus protokola:

• Ako je vozač već instaliran, a korisnik je upoznat s Ethernet i TCP / IP utičnicama, vozač može raditi i komunicirati s računalom u roku od nekoliko sati. Troškovi razvoja su niski. Potreban je minimalni broj opreme. Vozač je kompatibilan s bilo kojim operativnim sustavom.
• Nema potrebe za "egzotičnim" čipovima, tako da sustav može koristiti standardne Ethernet PC kartice za komunikaciju s novo implementiranim uređajem. Budući da Ethernet troškovi pada, troškovi hardvera se smanjuju. Korisnici nisu vezani za jednog pružatelja usluga za podršku, ali mogu iskoristiti trenutne događaje.
• Specifikacija je dostupna za besplatno preuzimanje, ne zahtijevaju dodatne naknade za korištenje potrebne za korištenje Modbus protokola.
• Interakcija između uređaja različitih proizvođača i kompatibilnost s instaliranom bazom kompatibilnih uređaja.

Pretvornici modbus protokola su skupe. Cijena industrijskih sluzi je 1000 dolara.

ograničenja

Budući da je Modbus razvijen krajem sedamdesetih godina prošlog stoljeća programabilni logički kontroleri, broj vrsta podataka ograničen je na one koje je tada PLC razumio. Veliki binarni objekti nisu podržani.

Na primjer, nema standardnog načina za pronalaženje opisa objekta podataka, kako bi se utvrdilo da vrijednost registra predstavlja temperaturu između 30 i 175 stupnjeva.

Budući da je Modbus master / slave protokol, uređaj ne može "prijaviti iznimku" (osim Ethernet TCP / IP, nazvan open-mbus). Glavni čvor mora redovito primati podatke sa svojih dječjih uređaja, kao i tražiti izmjene podataka. Time se smanjuje širina pojasa, povećava vrijeme povezivanja s mrežom u aplikacijama gdje širina pojasa može biti skupa, na primjer, u malim brzinama prijenosa podataka.

Modbus je ograničen na adresiranje 254 uređaja na istoj liniji podataka, što ograničava broj uređaja koji se mogu povezati s glavnom stanicom (Ethernet TCP / IP je iznimka). Prijenosi moraju biti kontinuirani, što ograničava vrste udaljenih komunikacijskih uređaja koji mogu međuspremnik podataka kako bi se izbjegle praznine u prijenosu. Sam protokol za Modbus ne pruža zaštitu od neovlaštenih naredbi ili presretanja podataka. Važno je shvatiti da tijekom prijenosa podataka postoje logičke pogreške, kao i veze s poremećajima u razmjeni.