Protocolo Modbus: como funciona e aplicações na indústria!
Automação Industrial

Protocolo Modbus: como funciona e aplicações na indústria!

As redes industriais necessitam de organização e qualidade na troca de informações e esse é o papel que os protocolos de comunicação cumprem.

Com código aberto, ou seja, uso livre, o protocolo Modbus é uma das soluções mais utilizadas.

Acessível, esse método de transmissão de informações se tornou padrão para a interligação de dispositivos industriais, conseguindo realizar a comunicação entre equipamentos de fabricantes distintos.

Neste artigo, te convidamos a conhecer o funcionamento desse protocolo, de que forma se apresentam seus pacotes de dados, quais seus modos de transmissão e quais as principais aplicações. Confira!

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O que é Modbus e para que serve?

Modbus é um protocolo de comunicação de dados aberto usado em sistemas de automação industrial, interligando hardwares e softwares. Realiza a comunicação entre dispositivos no formato mestre-escravo ou cliente-servidor

Essa estrutura de mensagem foi desenvolvida pela Modicon, em 1979, tendo seu uso disponibilizado ao público pela Modbus Organization.

É um módulo que se adapta facilmente a grande variedade de equipamentos, sendo considerado uma das soluções mais abrangentes e econômicas da automação industrial.

Integra a camada de aplicação do modelo OSI e usa como meios físicos os padrões RS-232, RS-485 ou Ethernet TCP/IP (Modbus TCP).

Cada padrão possui características específicas, como a velocidade de comunicação, a quantidade máxima de dispositivos conectados e o comprimento da rede.

O Modbus envia dados numéricos, com entradas e saídas analógicas, ou discretos, com entradas e saídas digitais.

Trata-se de um tradicional e popular protocolo em rede de CLPs (Controlador Lógico Programável) para obtenção de sinais (0 ou 1) de equipamentos e condução de atuadores

Na internet, há muitas opções para aprendizado do método, na forma de simuladores de escravos e de mestres de rede.

o que é protocolo modbus

Como o Modbus é utilizado na indústria?

Geralmente, o protocolo opera junto a computadores, módulos, sistemas supervisórios, CLPs e IHMs (Interface Homem Máquina), permitindo a comunicação e o gerenciamento de vários dispositivos industriais de campo.

É fundamental para os projetos de automação, desde os mais simples aos complexos, controlando processos e equipamentos do ciclo produtivo.

Com o uso desse protocolo, é possível, por exemplo, receber sinais de máquinas e periféricos e enviá-los ao CLP. Também pode receber os comandos do controlador e transmitir a dispositivos externos.

O padrão é capaz de monitorar e programar dispositivos, estabelecendo o diálogo entre equipamentos inteligentes, sensores e instrumentos.

Segundo a Modbus Organization, além da indústria de manufatura, o protocolo também beneficia setores como os de “construção, infraestrutura, transporte e energia”.

protocolo de comunicaçaão industrial modbus

Como funciona o protocolo de comunicação Modbus?

As informações do protocolo são encapsuladas em formato binário em frames TCP para uso do meio físico Ethernet (IEEE 802.3).

Seu método de controle de acesso é o CSMA-CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection – sistema que evita a colisão na emissão de pacotes de dados), com estações do tipo cliente-servidor ou mestre-escravo.

O mestre envia requisições de dados de leitura ou de escrita para o escravo e recebe as respostas.

Dessa forma, para exemplificar, podemos ter um supervisório como o SCADA enviando uma requisição de leitura para obter algum dado ou estado, de um sensor ou variável, e também de escrita, emitindo algum comando. 

Ou seja, é o mestre quem orientará os pedidos de informação. Já o escravo, que pode ser, por exemplo, um CLP ou um arduino, fica aguardando os comandos para enviar respostas.

Entre as funções básicas de um Modbus estão os comandos de alteração de valores em um registro de um dispositivo; controle ou leitura de portas I/O (Input/Output) e a solicitação de envio de valores. 

Formatos de frame no Modbus

formatos tcp/ip rtu e ASCII

Cada frame ou pacote de dados é enviado com a seguinte estrutura: 

  • endereço do dispositivo escravo;
  • código da função ou comando a ser executado;
  • os dados em si;
  • checagem de erros (para garantir que os dados não foram corrompidos durante a transmissão ou não chegaram ao destinatário).

Conheça os principais modos de transmissão do protocolo:

ASCII

No modo de transmissão American Standard Code for Information Interchange (ASCII), cada byte das mensagens é transmitido como dois caracteres legíveis pelo código de sinais ASCII.

Tem como ponto positivo os intervalos de tempo de aproximadamente 1 segundo entre cada caractere, sem causar falhas. Nesta modalidade, a rede é monitorada para cada nova mensagem.

Assim, quando o mestre inicia uma mensagem, os dispositivos conectados à rede decodificam o campo de endereço para definir qual escravo irá receber a mensagem. O caractere dois pontos (:) define o início das mensagens.

RTU

No modo de transmissão Remote Terminal Unit (RTU) ou Unidade Terminal Remota, cada envio de 8 bits possui dois caracteres hexadecimais de 4 bits.

Comparado ao modo ASCII, esse tipo tem um melhor processamento de dados, com densidade maior de caracteres.

A indicação do início ou término de uma mensagem é dada pela falta de transmissão de dados na rede. A verificação de falhas das mensagens é orientada pelo método Cyclical Redundancy Checking (CRC).

TCP/IP

Esse modo de transmissão é baseado no modelo de comunicação TCP/IP (Protocolo de Controle de Transmissão/Protocolo de Internet) – principal conjunto de protocolos de envio e recebimento de dados em redes como a internet.

A comunicação é realizada com a pilha TCP/IP junto ao cabeçalho MBAP (Modbus Application Protocol), sendo acrescentado ao quadro Modbus.

O Modbus TCP usa como campo de checagem de erros o próprio frame da Ethernet (CRC-32). A porta padrão deste modo de transmissão é a TCP 502, que faz a conexão com servidores.

Aplicações do protocolo de comunicação Modbus

O Modbus é muito usado na indústria por conta de características como a compatibilidade com diversos equipamentos, além da fácil aquisição, instalação e manuseio.

É amplamente empregado para interligar computadores a RTUs e sistemas supervisórios. Também é aplicado em instrumentos e equipamentos laboratoriais; automação residencial e de navios.

O protocolo é aplicado a diversos sistemas operacionais, softwares, dispositivos e microcontroladores.

Pode ser usado com arduino no barramento RS-485; com o sistema Android; com o software supervisório Elipse E3; C-Sharp; entre outros usos.

Dispositivos de comunicação, incluindo modelos wireless, também atuam com Modbus, como gateways, modems e rádios modems.

Conclusão

Concluímos que este módulo de comunicação com entradas e saídas otimiza inúmeros projetos de automação.

Observamos que é um dispositivo muito versátil, sem restrição de uso quanto a equipamentos de diferentes fabricantes, com aplicações que vão além do ambiente industrial.

Aproveite também as vantagens do Modbus para aprimorar a comunicação do seu empreendimento! Contate a Kalatec para conhecer as opções disponíveis. Até o próximo post!

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Edilson Cravo

Edilson Cravo

Engenheiro de Aplicação. 22 anos de experiência com 5000 visitas únicas em Indústrias. CMO da Kalatec Automação. Especialista em Controle e Automação (USP). Engenharia de Processo (MAUA) - Gestão de Inovação (ESPM) - Gestão de PME (FGV) e MBA em Vendas (PUC). Foi consultor de projetos no Instituto Nuclear Brasileiro, Embraer, Rede Globo e USP (Projeto Inspire).

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