As redes industriais necessitam de organização e qualidade na troca de informações e esse é o papel a ser cumprido pelos protocolos de comunicação, como o Modbus.
Com código aberto, ou seja, uso livre, este protocolo é uma das soluções mais utilizadas.
Bastante acessível, esse método de transmissão de informações se tornou padrão para a interligação de vários dispositivos industriais, conseguindo realizar a comunicação entre equipamentos de fabricantes distintos.
Neste artigo, te convidamos a conhecer o funcionamento do protocolo, seus modos de transmissão e suas principais aplicações. Confira!
Modbus é um protocolo de comunicação de dados aberto usado em sistemas de automação industrial. Realiza a comunicação entre dispositivos no formato mestre-escravo ou cliente-servidor, interligando hardwares e softwares.
Essa estrutura de mensagem foi desenvolvida pela Modicon, em 1979, tendo seu uso disponibilizado ao público pela Modbus Organization.
O módulo se adapta facilmente a uma grande variedade de equipamentos, sendo considerado uma das soluções mais abrangentes e econômicas da automação industrial.
O Modbus serve para comunicar um dispositivo mestre com outros dispositivos escravos, não importando o tipo de rede utilizado. 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 ou discretos, como Bits de entradas e saídas digitais ou analógicas.
Trata-se de um tradicional e popular protocolo em rede de CLPs (Controlador Lógico Programável) para comunicação com dispositivos e periféricos externos via rede.
Funcionamento do TCP/IP
1. Camadas do Modelo TCP/IP:
2. Processo de Comunicação:
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 do Modbus, é possível, por exemplo, receber sinais de máquinas e periféricos e enviá-los ao CLP. Também dá para receber os comandos do controlador e transmitir a dispositivos externos.
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 seguindo os critérios abaixo:
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 (um CLP ou um arduino, por exemplo) 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.
Confira neste vídeo como adicionar um inversor de frequência na rede Modbus:
O protocolo de comunicação Modbus é famoso pela sua simplicidade, pela adaptabilidade à Ethernet e pela boa operação em conexões ponto-a-ponto, sendo indicado para aplicações onde um único controlador conversa com um dispositivo.
Por outro lado, o Profibus se dá melhor em ambientes multiponto e com condições extremas, oferecendo maior velocidade, flexibilidade e escalabilidade do que o Modbus, porém, exigindo uma configuração mais detalhada, além de mais hardware e software.
Vamos conhecer agora os principais modos de transmissão da rede Modbus, que definem como os dados serão empacotados.
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.
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. Já a verificação de falhas das mensagens é orientada pelo método Cyclical Redundancy Checking (CRC).
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.
Modbus RTU é um protocolo de comunicação serial de uso popular em sistemas SCADA e em CLPs, enquanto o Modbus TCP é uma evolução do padrão, muito aplicada em redes baseadas em Ethernet.
Embora ambos sejam baseados no protocolo Modbus, eles diferem significativamente em termos de implementação e aplicação. Vamos explorar essas diferenças em detalhes.
1. Definição:
2. Camada Física:
3. Formato de Mensagem:
4. Velocidade:
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”.
Acompanhe, neste vídeo, a engenheira Letícia Passos, do suporte técnico da Kalatec Automação, mostrando como configurar a comunicação Modbus com servomotores:
Concluímos que este módulo de comunicação com entradas e saídas otimiza inúmeros projetos de automação e a escolha entre Modbus RTU e Modbus TCP depende das necessidades específicas da aplicação.
Modbus RTU é mais adequado para ambientes onde a comunicação serial é predominante e a simplicidade é essencial.
Por outro lado, Modbus TCP oferece maior velocidade e flexibilidade, sendo ideal para redes industriais modernas que utilizam Ethernet. Compreender essas diferenças é crucial para técnicos e engenheiros que buscam otimizar a comunicação em seus sistemas de automação 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!
