Qué es Modbus: cómo funciona y sus aplicaciones

El protocolo Modbus generalmente se considera el abuelo de las redes industrializadas. En la era actual de los servicios web y los protocolos de comunicación de Internet, la comunicación y la respuesta de la demanda a los escenarios de comunicación son prácticamente pintorescas. Los protocolos Modbus son fácilmente configurables según los requisitos industriales y comerciales. Debido a esta extrema popularidad y aplicaciones generalizadas en múltiples campos, este artículo proporciona una descripción detallada de la comunicación Modbus, sus códigos de función, implementaciones y aplicaciones.


¿Qué es Modbus?

Modbus es la RTU de estándar abierto, donde muchas organizaciones e ingenieros lo implementan en su dispositivo sin incluir ningún tipo de pago. Este protocolo se considera el protocolo de comunicación más extendido y generalmente accesible como medio para vincular equipos de ingeniería electrónica.

En detalle, es el protocolo de comunicación que se utiliza para la transmisión de información entre equipos electrónicos a través de líneas seriales oa través de conexiones Ethernet. En una condición de estándar abierto, cualquiera puede implementarlo. Esto probablemente se usa para conectar un sistema de control usando una RTU en SCADA en el campo de potencia.

El protocolo de Modbus está bien definido como un protocolo maestro y esclavo, lo que significa que una herramienta que opera como maestra hará que una o más herramientas hayan operado como esclavas. Esto indica claramente que el esclavo no tomará ningún dato, debe esperar a que se le solicite la información. El maestro escribe la información en los dispositivos esclavos y luego lee la información de los registros esclavos en el maestro. Siempre habrá una dirección registrada desde el punto de vista de los registros esclavos.

¿Cómo funciona el protocolo de comunicación Modbus?

Como la unidad terminal remota (RTU) de este tipo de estándar abierto usa un enfoque maestro y esclavo para crear comunicación entre varios dispositivos, corresponde a que cualquier tipo de aplicación que use el escenario RTU tendrá un dispositivo maestro Modbus y al menos uno Dispositivo esclavo. Esto indica claramente que el esclavo no tomará ningún dato, debe esperar a que se le solicite la información.

Comunicaciones Modbus

La comunicación maestro y esclavo entre dispositivos se habilita a través de buses seriales o redes. En el enfoque OSI, Modbus se coloca en la séptima capa. El propósito de esto es solicitar el protocolo y luego entregar los servicios correspondientes mencionados por códigos funcionales. Estos códigos de función del protocolo Modbus RTU son los componentes de la solicitud Modbus.

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Para desarrollar la unidad de datos de la aplicación Modbus, la unidad de entrega debe iniciar una transacción de equipo. Esta es la operación que notifica al servidor que trabaje en el tipo de operación especificado. El diseño de la solicitud iniciada por el dispositivo maestro está determinado por el protocolo de aplicación. Entonces, el código de función se codificará en 8 bits, es decir un byte. Sólo se consideran válidos los códigos de función entre 1 y 25, y en este caso se reservan del 128 al 255 para respuestas excepcionales.

Arquitectura
Arquitectura

Cuando hay una solicitud/mensaje del maestro al esclavo, significa que es el campo de código de función el que notifica al servidor para realizar la acción solicitada. Para algunas operaciones, también habrá códigos subfuncionales. Por ejemplo, el dispositivo maestro puede leer las transiciones de ENCENDIDO y APAGADO de un grupo de varias entradas/salidas.

También lee o escribe información de un grupo de registros Modbus. Cuando el maestro recibe la respuesta del esclavo, el esclavo utiliza el campo de código de función para indicar que se trata de una respuesta no excepcional o excepcional. El dispositivo esclavo sonará para la primera solicitud de código de función si hay una respuesta normal.

Así es como el Protocolo de comunicación Modbus ha trabajado

Códigos de función

El protocolo Modbus identifica varios códigos de función para lograr la accesibilidad del registro. Hay principalmente cuatro bloques de datos diferentes caracterizados por Modbus y aquí puede haber una superposición de números de registro o direcciones. Entonces, debido a esto, se debe definir una definición exacta donde se requieren direcciones y donde se requieren códigos de función.

La siguiente tabla resume claramente la Códigos de función Modbus. Solo hay una subcategoría de estos códigos. Pero para algunas aplicaciones correspondientes, es posible que no se apliquen.

Código de función ModbusTipo de registro
1Bobina de lectura
2Lectura de entradas discretas
3Leer registros de tenencia
4Lectura de registros de entrada
5Escritura de bobina simple
6Redacción del registro único de funcionamiento
15Escribiendo múltiples bobinas
dieciséisRedacción de múltiples registros operativos

Profibus frente a Modbus

Para comparar Profibus y Modbus como aplicaciones separadas, cada una de las dos tiene múltiples ventajas y aplicaciones.

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Modbus tiene una construcción simple, una operación simplificada y un protocolo de fácil acceso. Aunque hay alguna diferencia en el propio protocolo y en la definición de la capa física, desarrolla problemas en operaciones de múltiples proveedores. Si bien Profibus es el protocolo más complicado que se ha creado para automatizar industrias completas. Funciona excepcionalmente en funciones de múltiples proveedores que tienen módems y contiene diagnósticos detallados.

En el momento de conectar el dispositivo inteligente con el controlador en un enfoque de punto a punto, o si hay una ubicación remota, Modbus sirve mejor para este escenario. En condiciones donde hay más de un punto, lo que significa múltiples proveedores, entonces Profibus funciona mejor.

Una aplicación que está ganando popularidad ofrece lo mejor de ambos mundos. Esta aplicación usa Modbus para la transmisión de datos entre el controlador maestro y un concentrador de datos y tiene una ubicación remota donde usa un Profibus.

Versiones de protocolo

Versiones de protocolo en este dispositivo existen puertos Ethernet y serie. Las variantes de los protocolos Modbus son:

Modbus-RTU

Para establecer comunicación de protocolo, representa datos en formato binario y se utiliza principalmente en comunicación serial. Los mensajes en esta versión están divididos por períodos de inactividad. El formato seguido en la versión RTU es una verificación de redundancia cíclica para verificar el mecanismo, lo que garantiza la confiabilidad de los datos.

Modbus-ASCII

Para establecer la comunicación del protocolo, se utilizan caracteres ASCII y se implementan principalmente en la comunicación en serie. Los mensajes en esta versión están separados por dos puntos («) y una nueva línea (/). El formato seguido en la versión ASCII es una verificación de redundancia longitudinal para verificar el mecanismo.

Modbus-TCP

Esta versión de Modbus está implementada para comunicaciones sobre redes TCP/IP enlazadas por el puerto 502. Esta variante no requiere ningún tipo de cálculo de checksum ya que los propios niveles inferiores lo proporcionan.

Arquitectura Modbus-TCP
Arquitectura Modbus-TCP

Modbus Plus

Esta es la variante patentada de Schneider Electric y, a diferencia de otro tipo de variantes, admite comunicaciones de tipo peer-to-peer entre diferentes maestros. Necesita un coprocesador comprometido para manejar HDLC rápido, como la variación de token. Utiliza par trenzado de 1 Mbit/s y consiste en un aislamiento de transformador colocado en cada nodo. Se requiere un tipo específico de hardware para establecer una conexión entre Modbus+ y las computadoras, como el bus ISA.

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Otros tipos de versiones de protocolo son:

  • Enron
  • Pemux
  • Modbus sobre UDP

ethernet contra modbus

La diferencia entre Ethernet y Modbus incluye lo siguiente.

ethernet

modbus

Ethernet se utiliza para conectar diferentes dispositivos en una LAN cableada (red de área local) o WAN (red de área amplia). Así, permite que los dispositivos interactúen entre sí a través de un protocolo.

Modbus es un tipo de protocolo de comunicación utilizado para transmitir datos entre dispositivos electrónicos a través de Ethernet o líneas serie. Por lo tanto, se utiliza generalmente en la automatización de procesos y fábricas.
Los protocolos Ethernet se clasifican en diferentes tipos básicos, rápido, gigabit, 10 gigabit, PoE (Power over Ethernet) y ATM (modo de transferencia asíncrono).Los protocolos Modbus se clasifican en dos tipos RS-232 y RS-485.
Las ventajas de Ethernet son la eficiencia, la velocidad, la seguridad, la calidad de la transferencia de datos, la reducción de costes, la fiabilidad, etc.Las ventajas de Modbus son; instalación simple, operación simple, comunicación confiable, especificaciones abiertas, etc.

Las desventajas de Ethernet son la movilidad, la instalación, las conexiones, la escalabilidad, etc.Las desventajas de Modbus son; No tiene forma de objeto, pero el espacio está reservado solo para direcciones. Limitado a Ethernet o /IP, OPC UA, ProfiNet IO y tiene menos velocidad de datos, etc.

Aplicaciones Modbus

Las principales aplicaciones son:

  • Se utiliza en el cuidado de la salud para analizar los niveles de temperatura automatizados
  • Análisis del comportamiento del tráfico
  • Implementado en domótica para una transferencia de datos optimizada
  • Se utiliza en industrias como gas, petróleo, geotérmica, hidráulica, eólica y solar.

Además de estos, los otros conceptos principales también conocidos en el concepto son la visualización de datos, los tipos de registro, los códigos de excepción, la comunicación con estos dispositivos de puerta de enlace, la codificación de datos en este tipo de RTU, la representación de datos, la resolución de problemas, la velocidad y la comunicación en serie. y mensajería. Este artículo ofrece una descripción general de qué es un Modbus, cómo funciona, sus códigos de función, sus versiones de protocolo y sus aplicaciones.

La pregunta que surge y que debe saberse de manera crucial con todo esto es cuáles son los implementaciones de Modbus?

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