O protocolo Modbus pode ser definido como uma forma de estabelecer uma comunicação mestre-escravo entre dispositivos inteligentes. O Modbus é amplamente utilizado em todo o mundo, principalmente na área de automação industrial, muito pela sua simplicidade e facilidade de implementação.

Então, vamos analisar neste conteúdo uma introdução sobre o protocolo Modbus para que você tenha familiaridade com ele e saiba utilizar da melhor forma no seu projeto. Confira!

Entenda o que é o Protocolo Modbus

O Modbus é um protocolo de comunicação serial desenvolvido pela Modicon em 1979 para uso em controladores lógicos programáveis ​​(PLCs). Em termos simples, é um método usado para transmitir informações entre dispositivos inteligentes. O dispositivo que solicita a informação é chamado de Modbus Master e os dispositivos que fornecem informações são Modbus Slaves. Em uma rede Modbus padrão, há um mestre e até 247 escravos, cada um com um endereço escravo exclusivo de 1 a 247. O mestre também pode gravar informações nos escravos.

Um ponto importante que vale o destaque é que o Protocolo Modbus é independente, ou seja, ele pode ser usado em uma rede com dispositivos de diferentes marcas conversando entre si.

Conheça as aplicações do protocolo

O Modbus é normalmente usado para transmitir sinais de instrumentação e dispositivos de controle de volta a um controlador principal ou sistema de coleta de dados, por exemplo, um sistema que mede temperatura e umidade e comunica os resultados a um computador.

O Modbus é freqüentemente usado para conectar um computador supervisório com uma unidade terminal remota (RTU) em sistemas de controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA). Versões do protocolo Modbus existem para linhas seriais (Modbus RTU e Modbus ASCII) e para Ethernet (Modbus TCP).

O protocolo Modbus tem uma atuação muito maior do que apenas a de um protocolo industrial. Por conta da sua configuração simplificada e o seu uso simples, a sua viabilidade torna o Modbus uma solução flexível e viável para diferentes cenários.

O protocolo pode ser usado em diversos padrões de meio físico, como:

  • RS-485;
  • RS-232;
  • RS-422;
  • Ethernet TCP/IP (Modbus TCP).

O padrão RS-485 é um dos mais utilizados pelo protocolo. Ele é bastante usado na indústria pois permite trabalhar com distancias mais longas, velocidades mais altas e a possibilidade de ter vários dispositivos em uma unica rede multi-drop.

Quando se tem apenas dois dispositivos interligados, ou seja, o mestre e um escravo – somente a comunicação ponto a ponto – usa-se o padrão RS-232. Nesse padrão a velocidade máxima gira em torno de 115Kbps. A distância máxima dos dispositivos para o padrão RS-232 é de 30 metros. Já no padrão Ethernet o Modbus possui variações.

Introdução à estrutura de mensagens do Modbus

Os dispositivos Modbus se comunicam usando uma técnica Mestre-Escravo (Cliente-Servidor para Ethernet) na qual apenas um dispositivo (o Mestre / Servidor) pode iniciar transações (chamadas de consultas).

Os outros dispositivos (Escravos / Clientes) respondem fornecendo os dados solicitados ao mestre, ou tomando a ação solicitada na consulta.

Um escravo é qualquer dispositivo periférico, como um transdutor de E / S, válvula, unidade de rede ou outros tipos de dispositivos de medição que processam informações e enviam sua mensagem de resposta ao mestre usando o Modbus.

Os mestres podem endereçar escravos individuais ou iniciar uma mensagem de transmissão para todos os escravos. Os escravos retornam uma resposta a todas as consultas de mensagens endereçadas a eles individualmente, mas não respondem a mensagens de difusão.

Os escravos não iniciam mensagens sozinhos e respondem apenas às consultas de mensagens transmitidas pelo mestre.

A consulta do mestre consistirá em:

  • Endereço do escravo (endereço de broadcast);
  • Código de função com um comando de leitura ou gravação de dados para o escravo;
  • O comando de gravação “Dados”, se um comando de gravação foi iniciado pelo mestre;
  • Erro ao verificar campo.

A verificação de erro é um valor que o mestre ou o escravo cria no início da transmissão ou resposta e, em seguida, verifica quando a mensagem é recebida para certificar se o conteúdo está correto.

A resposta de um escravo consiste em:

  • Campos confirmando o recebimento do pedido;
  • Os dados a serem devolvidos;
  • Erro ao verificar dados.

Se nenhum erro ocorrer, a resposta do escravo contém os dados conforme solicitado.

Se ocorrer um erro na consulta de mensagem recebida pelo escravo, ou se o escravo for incapaz de executar a ação solicitada, o escravo retornará uma mensagem de exceção como sua resposta. O campo de verificação de erro do quadro de mensagens do escravo permite que o mestre confirme que o conteúdo da mensagem é válido.

Saiba quais são as principais falhas e como solucioná-las

Vejamos, agora, alguns dos erros mais comuns e as falhas que podem acontecer ao instalar uma rede Modbus RS485.

Aterramento e Blindagem ineficientes

Dentro de qualquer instalação de comunicação, um dos requisitos para garantir a operação ininterrupta é implementar técnicas adequadas de aterramento e blindagem. O aterramento e a blindagem eficazes ajudam a evitar o recebimento eletrostático e eletromagnético, o que pode levar a falhas na comunicação.

Utilizar o cabo Modbus próximo ao cabeamento de alta-tensão

Um ponto muito importante que devemos destacar é que os cabos de alta-tensão ou maquinários podem interferir na comunicação do Modbus. Para solucionar esse problema você deve separar o cabo de comunicação da fonte de interferência. A distância de separação vai variar de acordo com categorias de valores da tensão.

Terminadores finais ausentes

A reflexão em um cabo do Modbus pode gerar falhas na comunicação, interrompendo sinais consecutivos no barramento. Isso acontece quando há incompatibilidade de impedância. Um dos principais fatores que contribuem para a reflexão é no final da linha do barramento de campo, onde a forma de onda do sinal “volta” para o transmissor e interrompe os sinais. Para evitar esse problema basta instalar um resistor de 120 ohm no início e final do segmento.

Portanto, neste artigo nós vimos uma introdução ao Protocolo Modbus e formas de solucionar possíveis falhas.

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