Modbus, протокол: опис, сфера застосування, переваги і недоліки

Modbus - відкритий протокол послідовного зв'язку. Був розроблений в 1979 році для використання з пристроями програмованого логічного контролера (PLC), в даний час широко використовується для підключення багатьох типів промислових електронних пристроїв, підключених до різних типів мереж.

Найбільш широко використовуваний протокол у всій промислової автоматизації. Modbus дуже популярний. Це дуже просте і зрозуміле у використанні пристрій зі стандартною послідовної зв'язком. У мережі Modbus кожен пристрій дивиться в мережу як набір котушок (біт) і регістрів. Майстер зчитує і записує ці котушки і регістри, використовуючи дуже простий і стислий набір команд. Комунікація рухається тільки в одному напрямку.

Реалізація протоколу Modbus, встановлена на практиці, є дуже короткою. Хоча є двадцять основних команд, тільки деякі з них дійсно реалізовані. Найбільш поширеними командами вважаються зчитуються котушки, записувані котушки, зчитування регістру, установка регістрів. Невеликий набір команд - ще одна причина популярності протоколу.

Modbus — протокол розширеного застосування

Перетворювач протоколів широко використовується з ряду причин:

• Modbus — протокол з відкритим вихідним кодом. Це означає, що він може бути включений в широкий діапазон типів пристроїв від будь-якого постачальника обладнання.
• Використовує просту структуру повідомлень, що робить її менш складною для розгортання. Може вимагати всього кілька днів для реалізації. Це явну конкурентну перевагу в порівнянні з іншими протоколами, які можуть вимагати місяців для вивчення і розгортання.
• Підтримує послідовні або Ethernet-з'єднання.
• Використовується з двома типами послідовних з'єднань: RS-232 і RS-485. Деякі версії протоколу Modbus tcp також можуть бути відправлені через Ethernet або TCP/IP. Ці повідомлення Modbus упаковані як однобітові або 16-бітні пакети слів.

Мережевий протокол Modbus не є частиною фізичного рівня мережі. Зв'язок передається над фізичними рівнями, що дозволяє використовувати її у багатьох різних типах мереж. Це властивість нефізичної рівня робить Modbus протоколом прикладного характеру.

Більше:

Розширення "Економія трафіку Google Chrome

У статті піде мова про те, як здійснюється економія трафіку в Google Chrome. Цей режим ще називають "Турбо", і його практично кожен спостерігав в таких браузерах, як Yandex Browser або Opera. Проте в Google Chrome даний компонент відсутній, і заощади...

Смайли в "Скайпі" - опис, застосування, секрети

Skype - програма, якою користуються багато людей. Вона призначена спеціально для спілкування і обміну даними. Як і будь-який інший месенджер, "Скайп" оснащений чудовим інтерфейсом і графічними елементами. Тут можна виражати емоції різними способами. ...

Ресурс вогняна сіль в "Скайриме"

Матеріал у грі «Скайрим» вогняна сіль має ряд застосувань, які будуть корисні для гравця. Цей предмет можна дістати кількома способами, які варто знати користувачу. Стаття надає всю потрібну інформацію з цього ресурсу.ВидобутокУ проекті ж...

Протокол передачі даних Modbus — це загальний спосіб збору даних з різних джерел для перегляду операцій, архівування та усунення неполадок з центрального віддаленого місця. Він широко використовується і є досить простою технологією. У залежності від програми, більш новий протокол може мати більше переваг.

Як правило, ПК налаштовано на запуск таких програм, як Wonderware, Intellution або LabVIEW в одному місці для збору даних з різних процесів по всьому підприємству. Інше застосування призначене для налаштування віддалених контролерів виробничих процесів (ПЛК, Allen-Bradley, Siemens, PLCDirect та інші). Для реагування на різні рівні або режими, які передаються з пристрою.

Два варіанти протоколу

Існує два варіанти протоколу, які проходять через послідовні з'єднання. Одним з них є протокол Modbus RTU. Опис цього варіанту: воно більш компактне, використовують двійкову зв'язок. В даному форматі передача даних завжди супроводжується циклічної контрольною сумою надмірності, яка використовується для виявлення проблем передачі.

Другий варіант — Modbus ASCII. Ця версія більш детальна, використовує шістнадцяткове кодування ASCII-даних, яке може бути прочитано операторами. Modbus ASCII є менш захищеним протоколом. Оскільки він менш ефективний, ніж Modbus RTU, оператори повинні використовувати ASCII тільки для передачі даних на пристрої, які не підтримують формат RTU. ASCII також може бути корисним, якщо повідомлення RTU не може бути правильно застосована.

Протокол Modbus для чайників

Modbus - це протокол послідовної зв'язку, використовуваний для передачі інформації з послідовним лініях між електронними пристроями. Те, що запитує інформацію, називається ведучим (Master), а інформація про поставку пристроїв — підлеглі пристрої (Slaves). У стандартній мережі Modbus є один Master і до 247 Slaves, кожен з яких має унікальний підлеглий адресу від 1 до 247. Master може також записувати інформацію в Slaves.

Для чого його використовують?

Modbus є відкритим протоколом. Це означає, що виробники безкоштовно можуть вбудовувати його у своє обладнання. Він став стандартним протоколом зв'язку в промисловості, а в даний час є найбільш поширеним засобом підключення промислових електронних пристроїв. Він широко використовується багатьма виробниками в багатьох галузях.

Modbus зазвичай використовується для передачі сигналів від приладів і пристроїв управління назад у головний контролер або систему збору даних, наприклад, систему, яка вимірює температуру і вологість, передає результати на комп'ютер. Modbus часто використовується для підключення контрольного комп'ютера з віддаленим термінальним блоком (RTU) в системах диспетчерського управління та збору даних (SCADA). Версії протоколу Modbus існують для послідовних ліній (RTU і ASCII) і для Ethernet (TCP).

цепрацює?

Modbus передається з послідовним лініях між пристроями. Найбільш простою установкою був би послідовний кабель, що з'єднує послідовні порти на двох пристроях: Master і Slave.

Дані надсилаються серія одиниць і нулів, званих бітами. Кожен біт передається як напруга, нулі - позитивні, а одиниці - негативні напруги. Біти відправляються дуже швидко. Типова швидкість передачі становить 9600 бод (біт у секунду).

Протокол Master/Slave

При описі протоколу Modbus RTU зв'язок здійснюється між централізованим провідним обладнанням, 247 підключеними електронними пристроями в одній мережі. Конструкцію зазвичай називають протоколом «провідний/ведений», оскільки система Master запитує інформацію у підключених пристроїв, які називаються «підлеглими». Ведені пристрої відправляють інформацію тільки майстру у відповідь на ці запити, вони не працюють автономно. Ведучий може також записувати інформацію на підлеглі пристрої, але підлеглі пристрої не можуть записувати інформацію провідного пристрою.

Коли ведений пристрій передає повідомлення Modbus, воно починає формувати повідомлення з унікальним ідентифікатором адреси. Це число від 1 до 247, що дозволяє майстру визначати, яке конкретне пристрій відповідає запитаної інформації.

Зв'язок і пристрої

Кожному пристрою, призначеного для зв'язку з використанням Modbus, присвоюється унікальний адресу. У послідовних мережах тільки вузол, призначений майстром, може ініціювати команду. В Ethernet будь-який пристрій може відправляти команду Modbus, хоча зазвичай це робить тільки одне провідне. Команда містить адресу пристрою, для якого він призначений (від 1 до 247). Всі команди включають інформацію контрольної суми, щоб дозволити одержувачу виявляти помилки передачі. Базові команди Modbus вказують RTU на зміну значення в одному із своїх регістрів, управління або читання порту вводу-виводу, команду пристрою відправити назад одне або декілька значень, що містяться в його регістрах.

Існує багато модемів та шлюзів, які підтримують Modbus, оскільки це дуже простий протокол і часто копіюється. Деякі з них були спеціально розроблені для нього. Різні реалізації використовують провідну, бездротовий зв'язок, наприклад, в діапазоні ISM, і навіть службу коротких повідомлень (SMS), а також послугу загальної пакетної радіозв'язку (GPRS). Типові проблеми, з якими доводиться стикатися дизайнерам, включають проблеми з високою затримкою і часом.

Огляд типів регістра Modbus

Типи регістрів, на які посилаються пристрої, що включають:

• котушку (дискретний вихід);
• дискретний вхід;
• вхідний регістр;
• реєстрацію холдингу.

Коди функцій

Існує три категорії кодів функцій Modbus:

• Коди загальних функцій - від 1 до 127, за винятком власних кодів, перевірених співтовариством Modbus, публічно задокументовані і гарантовано унікальні.
• Настроювані коди функцій - знаходяться в двох діапазонах від 65 до 72, від 100 до 110.
• Коди зарезервованих функцій - використовуються деякими компаніями для застарілих продуктів, недоступні для загального користування.

Переваги

Деякі переваги використання протоколу Modbus:

• Якщо драйвер вже встановлений, а користувач знайомий з Ethernet і сокетами TCP/IP, драйвер може працювати і обмінюватися даними з ПК через кілька годин. Витрати на розробку вважаються низькими. Потрібна мінімальна кількість обладнання. Драйвер, сумісний з будь-якою операційною системою.
• Немає необхідності в «екзотичних» наборах мікросхем, тому система може використовувати стандартні ПК-карти Ethernet для спілкування з нещодавно реалізованим пристроєм. Оскільки вартість Ethernet падає, скорочуються витрати на апаратне забезпечення. Користувачі не прив'язані до одного постачальника послуг для підтримки, але можуть скористатися нинішніми розробками.
• Специфікація доступна безкоштовно для скачування, ніяких додаткових ліцензійних зборів, необхідних для використання протоколів Modbus, не потрібно.
• Взаємодія між пристроями різних виробників і сумісність з встановленою базою сумісних пристроїв.

Стоять перетворювачі протоколів Modbus дорого. Ціна промислових шлюзів становить 1000 доларів.

Обмеження

Оскільки Modbus був розроблений в кінці 1970-х років для зв'язку з програмованими логічними контролерами, чисельність типів даних обмежена тими, які були зрозумілі ПЛК в той час. Великі двійкові об'єкти не підтримуються.

Немає стандартного способу сайту, щоб знайти опис об'єкта даних, наприклад, щоб визначити, чи є значення регістра - значення температури між 30 і 175 градусами.

Оскільки є протоколом Modbus типу «провідний/ведений», для пристрою немає можливості «повідомляти про виключення» (крім Ethernet TCP/IP, званого open-mbus). Головний вузол повинен регулярно отримувати дані з дочірніх пристроїв, а також шукати зміни в даних. Це навантажує смугу пропускання, збільшує час підключення до мережі в додатках, де пропускна здатність може бути дорогою, наприклад, в каналах з низькою швидкістю передачі даних.

Modbus обмежується адресацією 254 пристроїв на одній лінії передачі даних, що обмежує число пристроїв, які можуть бутипідключені до майстер-станції (Ethernet TCP/IP є винятком). Передачі повинні бути безперервними, що обмежує типи віддалених комунікаційних пристроїв тими, які можуть буферизувати дані, щоб уникнути прогалин у передачі. Сам протокол Modbus не забезпечує захист від несанкціонованих команд або перехоплення даних. Важливо розуміти, що у процесі передачі інформації виникають логічні помилки, а також пов'язані з спотвореннями при обміні.