پروتکل Modbus چیست ؟

Modbus یک پروتکل ارتباطی سریال است که در سال ۱۹۷۹ توسط Modicon برای استفاده با کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) منتشر شد. به عبارت ساده، پروتکل Modbus  ، روشی است که برای انتقال اطلاعات از طریق خطوط سریال بین دستگاه های الکترونیکی استفاده می شود.

Modbus یک پروتکل درخواست-پاسخ است که با استفاده از رابطه master-slave پیاده سازی شده است. در یک رابطه master-slave، ارتباط همیشه به صورت جفت اتفاق می افتد. یک دستگاه باید یک درخواست را آغاز کند و سپس منتظر پاسخ باشد  و دستگاه آغازگر (Master) مسئول شروع هر تعامل است.

به طور معمول، Master یک رابط ماشین انسانی (HMI) یا سیستم کنترل نظارتی و جمع آوری داده (SCADA) و Slave یک سنسور، کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) یا کنترل کننده اتوماسیون قابل برنامه ریزی (PAC) است. محتوای این درخواست‌ها و پاسخ‌ها و لایه‌های شبکه‌ای که این پیام‌ها از طریق آن ارسال می‌شوند، توسط لایه‌های مختلف پروتکل تعریف می‌شوند.در یک شبکه استاندارد مدباس، یک کلاینت و حداکثر ۲۴۷ سرور وجود دارد که هر کدام یک آدرس سرور منحصر به فرد از ۱ تا ۲۴۷ دارند.

پروتکل Modbus برای چه کاری استفاده می شود؟ 

Modbus یک پروتکل باز است، به این معنی که تولیدکنندگان می‌توانند بدون نیاز به پرداخت حق امتیاز در تجهیزات خود استفاده کنند. این به یک پروتکل استاندارد ارتباطی در صنعت تبدیل شده است و در حال حاضر رایج ترین روش برای ارتباط میان دستگاه های الکترونیکی صنعتی است. این به طور گسترده توسط بسیاری از تولید کنندگان در بسیاری از صنایع استفاده می شود. Modbus معمولاً برای انتقال سیگنال‌ها از دستگاه‌های ابزار دقیق و کنترل به یک کنترل‌کننده اصلی یا سیستم جمع‌آوری داده استفاده می‌شود، برای مثال سیستمی که دما و رطوبت را اندازه‌گیری می‌کند و نتایج را به رایانه ارسال می‌کند. Modbus اغلب برای اتصال یک کامپیوتر نظارتی با یک واحد پایانه راه دور (RTU) در سیستم های کنترل نظارتی و جمع آوری داده ها (SCADA) استفاده می شود.

کاربرد پروتکل هوشمند سازی Modbus تنها به کنترل بهینه فرایندهای صنعتی محدود نمی‌شود ویکی از پروتکل‌های هوشمند سازی ساختمان Modbus است. این فناوری برای هوشمندسازی و کنترل تجهیزاتی مانند سیستم سرمایش و گرمایش ،  سیستم روشنایی هوشمند، سیستم ایمنی و اعلام حریق در ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرد. پروتکل مدباس یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم جمع‌آوری داده از تجهیزات اندازه‌گیری مصرف انرژی مانند کنتور هوشمند و کنترل توزیع برق در تاسیسات صنعتی و ساختمان‌های تجاری محسوب می‌شود.

پروتکل Modbus  چگونه کار می کند؟

پیام ها در  Modbus از طریق خطوط سریال بین دستگاه ها منتقل می شود. ساده‌ترین راه‌اندازی، یک کابل سریال است که پورت‌های سریال را در دو دستگاه، یک مستر و یک اسلیو ، متصل می‌کند. داده ها به صورت سری های یک و صفر به نام بیت ارسال می شوند. هر بیت به عنوان یک ولتاژ ارسال می شود. صفرها به صورت ولتاژ مثبت و یک ها به صورت منفی ارسال می شوند. بیت ها خیلی سریع ارسال می شوند. سرعت انتقال معمولی ۹۶۰۰ باود (بیت در ثانیه) است.

مدباس با انواع مختلفی از رسانه‌های فیزیکی ارتباط برقرار می‌کند، از جمله:

• سریال RS-232
• سریال RS-485
• سریال RS-422
• اترنت

رابط کاربری modbus اصلی روی ارتباط سریال RS-232 اجرا شد، اما اکثر پیاده‌سازی‌های بعدی مدباس از RS-485 استفاده می‌کنند زیرا موارد زیر را میسر می‌سازد:

• مسافت‌های طولانی‌تر
• سرعت‌های بالاتر
• امکان قرار گرفتن چند دستگاه در یک شبکه‌ی Multi-drop

در رابط‌های ساده‌ای مانند RS-232 یا RS-485، ‫پیام‌های مودباس با فرم ساده در شبکه ارسال می‌شوند ‫و شبکه تنها به اتصال مودباس اختصاص داده می‌شود. ‫با این حال، اگر شبکه شما ‫به چندین دستگاه ناهمگن نیاز داشته باشد ‫که از یک شبکه چندمنظوره ‫مانند TCP/IP بر بستر اترنت استفاده کند، ‫پیام‌های مودباس در بسته‌های اترنت ‫با فرمت تعریف شده برای این رابط فیزیکی تعبیه می‌شود.

انواع پروتکل هوشمند سازی Modbus

چندین نسخه از پروتکل Modbus برای پورت سریال و اترنت وجود دارد و رایج ترین آنها Modbus TCP، Modbus RTU، Modbus ASCII و Modbus Plus هستند.

پروتکل Modbus ASCII : 

 پروتکل Modbus ASCII بر اساس پروتکل Modbus RTU است که دستورالعمل ها را برای انتقال به کاراکترهای ASCII تبدیل می کند. به عنوان مثال، پروتکل Modbus RTUبرای انتقال “۱۲” ،  فقط به یک بایت نیاز دارد. پروتکل Modbus ASCII باید “۱” را به “۳۱” و “۲” را به “۳۲” تبدیل کند یعنی دو بایت از طرفی این دو بایت طول می کشد تا ارسال شود. بنابراین، Modbus ASCII ناکارآمد است و نرخ استفاده پایینی دارد.

  Modbus RTU : 

 پروتکل مدباس rtu به طور گسترده در سیستم‌های مدیریت ساختمان (BMS) و سیستم‌های اتوماسیون صنعتی (IAS) مورد استفاده قرار می‌گرد. پیام‌های Modbus RTU یک ساختار ۱۶ بیتی ساده با کد افزونگی چرخشی (CRC) هستند. سادگی این پیام‌ها برای اطمینان از اعتبار آنها است. خصوصیت اصلی آن رمزگذاری به‌وسیله بایت‌ها است که باعث افزایش قدرت عملیاتی آن نسبت به نوع قبلی شده است.معمول ترین و مناسب ترین پیاده سازی در دسترس برای مودباس،مد RTU است.

Modbus Plus  :

پروتکل Modbus Plus که معمولاً به عنوان MB+ شناخته می شود، یک راه حل شبکه چند منظوره که ترکیبی از ارتباطات همتا به همتا با سرعت بالا و نصب آسان است، به ویژه برای برنامه های کاربردی کنترل صنعتی. پروتکل Modbus Plus از ارتباطات P2P بین چندین دستگاه اصلی پشتیبانی می‌کند. 

 به عبارت دقیق تر، پروتکل (Modbus Messaging) فقط یک پروتکل است، Modbus Plus یک سیستم کامل با یک محیط از پیش تعریف شده و لایه فیزیکی  است. این یک سیستم LAN برای برنامه های کاربردی کنترل صنعتی است که به دستگاه های شبکه اجازه می دهد تا پیام هایی را برای کنترل و نظارت بر فرآیندها در مکان های دور در کارخانه صنعتی مبادله کنند. Modbus Plus از مکانیزم کنترل دسترسی رسانه ای با عبور توکن استفاده می کند که منجر به عملکرد قطعی می شود.

 Modbus TCP  : 

پروتکل Modbus TCP برای مدیریت و کنترل تجهیزات اتوماسیون استفاده می شود. استفاده از پیام های Modbus در محیط های “اینترانت” و “اینترنت” با استفاده از پروتکل TCP/IP را پوشش می دهد. می توانید آن را به عنوان پروتکل Modbus RTU در حال اجرا در اترنت ببینید. 

مزایای Modbus:

• استاندارد پروتکل باز، در دسترس عموم است و هیچ الزامی برای حق چاپ ندارد.
• این پروتکل از چندین رابط الکتریکی از جمله RS232، RS485، TCP/IP پشتیبانی می‌کند و می‌تواند از طریق رسانه‌های مختلف مانند کابل‌های جفت تابیده، فیبر نوری، مادون قرمز و بی‌سیم منتقل شود.
• فرمت قاب پیام پروتکل ساده، فشرده و قابل درک است. توسعه و ادغام آن برای تولیدکنندگان آسان و کاربرپسند است و تشکیل شبکه های کنترل صنعتی را تسهیل می کند.
• قیمت پایین Modbus این امکان را برای مودباس فراهم می‌کند تا در زندگی روزمره بسیار مورد محبوبیت قرار گیرد و به بخشی ضروری برای کاهش هزینه‌های صنعتی تبدیل شود.

منابع :

Modbus

What is Modbus

how modbus works