Modbus, протокол: описание, обхват, предимства и недостатъци

Modbus е отворен сериен комуникационен протокол. Разработена през 1979 г. за използване с програмируеми логически контролери (PLC), сега се използва широко за свързване на много видове индустриални електронни устройства, свързани с различни типове мрежи.

Най-широко използваният протокол във всички промишлени автоматизации. Modbus е много популярен. Това е много просто и лесно за използване устройство със стандартна серийна комуникация. В мрежата на Modbus всяко устройство гледа в мрежата като набор от бобини и регистри. Помощникът чете и записва тези бобини и регистрите, използвайки много прост и кратък набор от команди. Комуникацията се движи само в една посока едновременно.

Изпълнението на протокола Modbus, установено на практика, е много кратко. Макар че има двадесет основни команди, само някои от тях наистина се изпълняват. Най-често срещаните команди са четливи бобини, записваеми бобини, четене на регистъра, задаване на регистри. Малък набор от команди е друга причина за популярността на протокола.

Modbus - разширен протокол за приложения

Конверторът на протоколи е широко използван поради редица причини:

• Modbus е протокол с отворен код. Това означава, че тя може да бъде включена в широк спектър от типове устройства от всеки доставчик на хардуер.
• Използва проста структура на съобщенията, което го прави по-трудно за разгръщане. Може да са необходими само няколко дни за изпълнение. Това е ясно конкурентно предимство пред други протоколи, което може да отнеме месеци, за да се научат и да се използват.
• Поддържа серийни или Ethernet връзки.
• Използва се с два типа серийни връзки: RS-232 и RS-485. Някои версии на протокола Modbus tcp могат да се изпращат и през Ethernet или TCP / IP. Тези съобщения в Modbus са пакетирани като еднобитни или 16-битови пакети от думи.

Протокол за мрежата Modbus не е част от физическия слой в мрежата. Комуникацията се предава по физически слоеве, което позволява да се използва в много различни типове мрежи. Тази собственост на нефизическо ниво прави Modbus протокол за приложение.

Комуникационният протокол Modbus е обичаен начин за събиране на данни от различни източници за операции по разглеждане, архивиране и отстраняване на проблеми от централно отдалечено място. Той се използва широко и е доста проста технология. В зависимост от приложението, по-нов протокол може да има повече предимства.

Обикновено компютърът е конфигуриран да изпълнява програми като Wonderware, Intellution или LabVIEW на едно място, за да събира данни от различни процеси в предприятието. Друго приложение е предназначено за конфигуриране на отдалечени процесни контролери (PLC, Allen-Bradley, Siemens, PLCDirect и други). За да отговорите на различни нива или режими, които се предават от устройството.

Два варианта на протокола

Има две протоколни опции, които преминават през серийни връзки. Един от тях е протоколът Modbus RTU. Описанието на този вариант: тя е по-компактна, използва двоична връзка. В този формат предаването на данни винаги е придружено от контролна сума за цикличен излишък, която се използва за откриване на проблеми при предаването.

Втората опция е Modbus ASCII. Тази версия е по-подробна, използва шестнадесетично ASCII кодиране, което може да бъде прочетено от операторите. Modbus ASCII е по-малко сигурен протокол. Тъй като това е по-малко ефективно от Modbus RTU, операторите трябва да използват само ASCII, за да прехвърлят данни към устройства, които не поддържат RTU формат. ASCII също може да бъде полезна, ако RTU съобщението не може да бъде приложено правилно.

Протокол Modbus за Dummies

Modbus е сериен комуникационен протокол, използван за предаване на информация по серийни линии между електронни устройства. Този, който поиска информация, се нарича господар, а информацията за доставката на устройствата е робът. В стандартната мрежа на Modbus има един майстор и до 247 роби, всеки от които има уникален робски адрес от 1 до 247. Капитанът може да напише информация и на славяните.

За какво се използва?

Modbus е отворен протокол. Това означава, че производителите могат да го построят безплатно в оборудването си. Стана стандартен комуникационен протокол в индустрията и в момента е най-разпространеното средство за свързване на промишлени електронни устройства. Той се използва широко от много производители в много отрасли.

Modbus обикновено се използва за предаване на сигнали от устройства и контролни устройства обратно към главния контролер или системата за събиране на данни, например система, която измерва температура и влажност, предава резултатите на компютър. Modbus често се използва за свързване на контролен компютър с отдалечен терминален модул (RTU) в системите за надзорно управление и събиране на данни (SCADA). Има версии на протокола Modbus за серийни линии (RTU и ASCII) и за Ethernet (TCP).

Как действа?

Modbus се предава по серийни линии между устройствата. Най-простата настройка ще бъде един сериен кабел, който свързва серийните портове към две устройства: Master и Slave.

Данните се изпращат като серия от единици и нули, наречени битове. Всеки бит се предава като напрежение, нули са положителни, а единици са отрицателни напрежения. Битовете се изпращат много бързо. Типичната честота на предаване е 9600 baud (бита в секунда).

Главен / Славен протокол

При описване на протокола Modbus RTU се осъществява комуникация между централизираното главно оборудване и 247 свързани електронни устройства в една мрежа. Дизайнът обикновено се нарича главен / подчинен протокол, тъй като главната система изисква информация от свързаните устройства, които се наричат ​​"роби". Слабите изпращат информация само на капитана в отговор на тези искания, те не работят автономно. Главният оператор също може да записва информация на подчинени устройства, но подчинените устройства не могат да записват информация на капитана.

Когато подчиненото устройство предава съобщение Modbus, то започва да генерира съобщение с уникален идентификатор на адреса. Този номер е от 1 до 247, което позволява на съветника да определи кое конкретно устройство отговаря на исканата информация.

Комуникация и устройства

Всяко устройство, предназначено за комуникация чрез Modbus, има уникален адрес. В последователни мрежи само възелът, зададен от капитана, може да инициира командата. В Ethernet всяко устройство може да изпрати команда Modbus, въпреки че обикновено го прави само един майстор. Командата съдържа адреса на устройството, за което е предназначен (от 1 до 247). Всички команди включват информация за контролната сума, която позволява на получателя да открива грешки при предаване. Основните команди на Modbus казват на RTU да промени стойността в един от регистрите си, да контролира или да прочете I / O порта, да командва устройството да изпрати отново една или повече стойности, съдържащи се в регистрите му.

Има много модеми и шлюзове, които поддържат Modbus, тъй като това е много прост протокол и често се копира. Някои от тях бяха специално предназначени за него. Различните внедрявания използват кабелна, безжична комуникация, например в ISM лентата и дори в услугата за кратки съобщения (SMS), както и в услугата GPRS (General Packet Radio Service). Типичните проблеми, пред които са изправени дизайнерите, включват проблеми с висока латентност и време.

Общ преглед на типовете регистър Modbus

Типовете регистри, на които се отнасят устройствата, включват:

• бобина (цифров изход) -
• дискретни входове /
• Входен регистър -
• регистрация на стопанството.

Функционални кодове

Има три категории кодове на Modbus:

• Общите кодове за функции - от 1 до 127, с изключение на потребителските кодове, тествани от общността на Modbus, са публично документирани и гарантирани, че са уникални.
• Кодовете за персонализирани функции са в два диапазона от 65 до 72, от 100 до 110.
• Кодовете с резервирани функции - използвани от някои компании за остарели продукти, не са достъпни за общо ползване.

предимства

Някои предимства при използването на протокола Modbus:

• Ако драйверът вече е инсталиран и потребителят е запознат с Ethernet и TCP / IP контактите, водачът може да работи и да комуникира с компютъра след няколко часа. Разходите за развитие се считат за ниски. Необходим е минимален брой оборудване. Драйверът е съвместим с всяка операционна система.
• Няма нужда от "екзотични" чипсети, така че системата може да използва стандартни Ethernet PC-карти, за да комуникира с нововъведеното устройство. Тъй като разходите за Ethernet падат, хардуерните разходи се намаляват. Потребителите не са обвързани с един доставчик на услуги за поддръжка, но могат да се възползват от настоящото развитие.
• Спецификацията е безплатна за изтегляне, не се изискват допълнителни лицензионни такси, необходими за използване на протоколи Modbus.
• Взаимодействие между устройства от различни производители и съвместимост с инсталираната база на съвместими устройства.

Конверторите на протокол Modbus са скъпи. Цената на индустриалните шлюзове е 1000 долара.

ограничения

Тъй като Modbus е разработен в края на 70-те години, за да комуникира с него програмируеми логически контролери, броят на типовете данни е ограничен до тези, които са били разбрани от PLC по това време. Големите двоични обекти не се поддържат.

Няма стандартна възможност за възел да намери описание на обект от данни, например, за да се определи дали регистрационната стойност представлява стойност на температурата между 30 и 175 градуса.

Тъй като Modbus е главен / подчинен протокол, устройството не може да "докладва изключение" (с изключение на Ethernet TCP / IP, наречено open-mbus). Основният възел трябва редовно да получава данни от подчинените му устройства, както и да търси промени в данните. Това намалява честотната лента, увеличава времето за свързване в мрежата в приложения, където честотната лента може да бъде скъпа, например при ниски канали за скорост на предаване на данни.

Modbus 254 адресируеми устройства е ограничено до един ред данни, като по този начин ограничава броя на устройствата, които могат да бъдат свързани към главния станция (Ethernet TCP / IP е изключение). Предаванията трябва да са непрекъснати, което ограничава видовете отдалечени комуникационни устройства, които могат да буферират данни, за да се избегнат пропуски в предаването. Самият протокол Modbus не осигурява защита срещу неразрешени команди или прихващане на данни. Важно е да се разбере, че по време на предаването на информация съществуват логически грешки, както и свързани с изкривявания в обмена.