Protokół modbus w praktyce – klucz do efektywnej komunikacji w automatyce przemysłowej

Modbus to jeden z protokołów komunikacyjnych zaprojektowanych do komunikacji między wieloma urządzeniami za pośrednictwem skręconej pary przewodów. Modbus jest zaimplementowany w większości urządzeń automatyki przemysłowej oraz co jest szczególnie ważne wielu producentów systemów automatyki implementuje Modbus także w najnowocześniejszych urządzeniach i systemach obok popularnych i nowszych standardów, jak Ethernet, M-Bus, czy WiFi.

Protokół Modbus – jak działa i jakie są jego warianty

Modbus to jeden z najstarszych, a mimo to jeden z najczęściej stosowanych protokołów komunikacyjnych wykorzystywanych w automatyce przemysłowej. Został opracowany w 1979 r.

Cech protokołu Modbus to otwarta struktura, łatwość implementacji oraz wsparcie dla wielu typów urządzeń i aplikacji. Z trzech wariantów protokołu Modus ASCII, Modbus RTU i Modbus TCP/IP w automatyce najczęściej stosuje się dwa ostatnie.

Modbus RTU charakteryzuje się 8-bitowym kodowaniem danych i komunikacją w układzie Master-Slave, w którym Master może obsłużyć do 247 Slave’ów. Każdy przesyłany bajt wymaga przesłania 11 bitów z bitami startu i stopu. W przypadku stosowania kontroli parzystości wykorzystywane są dwa bity stopu. Dane przesyłane są asynchronicznie po dwóch skręconych przewodach. Ramka Modbus RTU zawiera 8-bitowy adres/identyfikator, 8-bitowy kod funkcji, od 0 do 255 bajtów danych (wiadomość) i 16-bitową sumę kontrolną. Master przesyła żądanie do Slave’a podając jego identyfikator i kod funkcji, którą ma zrealizować Slave. W odpowiedzi Slave zwraca swój adres i kod funkcji oraz bajty danych.

Modbus TCP to protokół Modbus z transmisją przez sieć Ethernet w układzie Client-Server. … Zamiast adresów sieciowych urządzeń automatyki, do komunikacji z modułami Slave wykorzystuje się bezpośrednio adresy IP, a dane komunikatów Modbus są tunelowane w ramkach pakietów TCP/IP. Ramka Modbus TCP składa się z dodatkowych 7-bajtowego nagłówka MBAP zawierającego 2-bajtowy identyfikator transakcji, 2-bajtowy identyfikator protokołu (niewykorzystywany), 2-bajtową liczbę bajtów wiadomości (danych) oraz jednobajtowy identyfikator Klienta oraz standardowej ramki Modus RTU z której usunięto bajt adresu i 16-bitową (2 bajty) sumę kontrolną. Server jest odpowiednikiem Mastera w Modbus RTU, jednak różnica polega na tym, że w sieci może być więcej niż jeden Server, a liczna Salve’ów jest nieograniczona.

Praktyczne zastosowania protokołu Modbus w przemyśle

Modbus dzięki swej uniwersalności i prostocie działania jest, z niesłabnącym powodzeniem, stosowany w systemach monitorowania i kontrolowania procesów produkcyjnych i technologicznych. Systemy, w których komunikacja odbywa się w oparciu o Modbus od lat funkcjonują m.in. w energetyce, ciepłownictwie, gazownictwie, wodociągach, przemyśle, gospodarce materiałowej, logistyce, itp. Użycie protokołu Modbus sprawia, że ich konserwacja, modernizacja i rozbudowa jest łatwa i nie wymaga znacznych nakładów.

Ponieważ Modbus zapewnia zgodną prawidłową komunikację z większością  stosowanych w automatyce i telemetrii urządzeń i oprogramowania jego wykorzystanie ułatwia integrację z bardziej złożonymi systemami telemetrycznymi. Należą do nich m.in. systemy energetyczne, czy systemy zarządzania budynkami (ang. BMS – Building Management System), zwane w skrócie automatyką budynkową. Systemy BMS są dobrym przykładem zintegrowanego systemu jednoczesnego monitorowania i nadzoru w czasie rzeczywistym wielu różnych procesów: dystrybucji i rozliczenia mediów (prąd, woda, ciepło, gaz), sterowania oświetleniem, klimatyzacją i wentylacją, monitoringiem pomieszczeń, bezpieczeństwem przeciwpożarowym, itp.

Korzyści z implementacji Modbusa w systemach automatyki

Skalowalność systemu to jego zdolność do sprawnego działania w warunkach stale rosnącej liczby urządzeń lub wzrostu ilości przetwarzanych danych. W systemach telemetrycznych częstym zjawiskiem jest jego rozbudowa przez dołączanie kolejnych urządzeń zdalnego odczytu i modułów telemetrycznych lub, jak w przypadku systemów automatyki budynkowej, integracja już istniejących systemów telemetrycznych. Modbus zapewnia wysoką skalowalność systemu. Rozbudowa systemu najczęściej nie wymaga istotnych zmian w infrastrukturze.

Interoperacyjność to cecha systemu, którego interfejsy funkcjonują w pełnej zgodności, zapewniając współpracę między różnymi produktami lub systemami. Modbus zwiększa też interoperacyjność oraz redukuje koszty integracji systemów, bowiem umożliwia bezproblemową wymianę urządzeń na nowocześniejsze lub ich odpowiedniki funkcjonalne i zapewnia prawidłową komunikację sprzętu i oprogramowania. Zachowanie infrastruktury i kompatybilności urządzeń ułatwiają też diagnostykę i konserwację sieci.

Najnowsze

Co w Krakowie