Redes Industriais. Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.

Transcrição

1 Redes Industriais Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.

2 Criado na década de 1970 pela Modicon. É um dos mais antigos protocolos utilizados em redes de CLPs para aquisição de sinais de instrumentos e comandar atuadores. A Modicon (atualmente parte do grupo Schneider Electric) colocou as especificações e normas que definem o Modbus em domínio público.

3 Os dispositivos podem ser configurados para transmitir em um dos dois modos disponíveis: ASCII ou RTU. O modo de transmissão define basicamente como os dados serão empacotados na mensagem.

4 Estando definido o modo de transmissão, deve-se definir seus parâmetros de comunicação: baud rate, paridade, stop bits. Tanto o modo como os parâmetros de comunicação devem ser os mesmos para todos os dispositivos da rede.

5 Quando o dispositivo for configurado para este modo, para cada palavra de dados da mensagem é enviado apenas um caracter no padrão HEXADECIMAL. A principal vantagem do modo RTU em relação ao ASCII é a maior densidade de caracteres que é enviada numa mesma mensagem, aumentando o desempenho da comunicação.

6 Em relação à formação da palavra de dados que comporá o conjunto de dados frame da mensagem, são adotados alguns critérios.

7 Diferentemente do modo ASCII, o modo RTU não possui bytes que indiquem início e fim de frame. Para identificar estes campos, não deve haver nenhuma transmissão de dados por um período mínimo, equivalente a 3.5 vezes o tamanho da palavra de dados (silêncio). Por exemplo, supondo que a taxa de transmissão seja de bps.

8 Para esta taxa, o tempo total para envio de 1 palavra de dados (11 bits) é de us (11 x (1 / 19200)); Portanto, para identificar um início e/ou término de frame, não deve haver transmissão por um período mínimo de 2005, 15 us (3.5 x us). Para o restante da mensagem são aceitos todos os caracteres hexadecimais.

9 Os dispositivos ficam monitorando o barramento e checando intervalos de silêncio que, após detectados, dá início à recepção da mensagem, de maneira similar ao modo ASCII. Após a recepção de toda a mensagem, deve ser gerado pelo mestre um intervalo de silêncio similar ao do início da mensagem, caracterizando o fim da mesma.

10 Neste modo, toda a mensagem deve ser enviada de maneira contínua. Se um intervalo maior que 1.5 vezes o tamanho da palavra de dados for detectado antes que toda a mensagem tenha sido recebida, o escravo descarta os dados já recebidos da mensagem atual e assume que o próximo caracter será o campo de endereço de uma nova mensagem.

11 De modo similar, se uma nova mensagem for recebida em um intervalo menor que o intervalo de silêncio, o escravo assume que esta mensagem é uma continuação da última mensagem recebida. Esta condição irá gerar um erro pois o campo CRC não corresponderá aos dados enviados na mensagem.

12 O modbus equivale a uma camada de aplicação e utiliza o RS-232, RS-485 ou Ethernet como meios físicos - equivalentes camada de enlace (ou link) e camada física do modelo. O mecanismo de controle de acesso é do tipo mestre-escravo ou Cliente-Servidor.

13 A estação mestre envia mensagens solicitando dos escravos que enviem os dados lidos pela instrumentação ou envia sinais a serem escritos nas saídas, para o controle dos atuadores ou nos registradores. O protocolo possui comandos para envio de dados discretos (entradas e saídas digitais) ou numéricos (entradas e saídas analógicas).

14 Basicamente, uma comunicação em Modbus obedece a um frame que contém: O endereço do escravo; O comando a ser executado; Uma quantidade variável de dados complementares; E a verificação de consistência de dados (CRC).

15 Exemplo: se um CLP precisa ler as 10 primeiras entradas analógicas (do endereço 00 ao 09) no módulo 2. Para isso é preciso utilizar o comando de leitura de múltiplos registros analógicos (comando 3). O frame de comunicação utilizado é mostrado a seguir em sistema hexadecimal:

16 endereço comando end. dos registros quant. de registros CRC A 2 caracteres

17 A resposta do escravo seria um frame semelhante composto das seguintes partes: O endereço do escravo; O número do comando; Os dez valores solicitados; e um verificador de erros (CRC). Em caso de erros de resposta (por exemplo um dos endereços solicitados não existe) o escravo responde com um código de erro.

18 A resposta para a pergunta acima seria a seguinte: (xx xx CRC); O primeiro byte (02) é o nó do escravo; O segundo byte (03) é a função utilizada; O terceiro byte é a quantidade de endereços que o escravo está enviando ao mestre que são 10 word de 16 bits, ou seja, 14h = 20 decimal;

19 Os principais comandos do Modbus são mostrados na tabela abaixo: código comando do Descrição 01 Lê um número variável (1) de saídas digitais (bobinas) 02 Lê um número variável (1) de entradas digitais Lê um número variável (1) de registros retentivos (saídas analógicas ou memórias) Lê um número variável (1) de registros de entrada (entradas analógicas) 05 Força uma única bobina (altera o estado de uma saída digital)

20 - RTU código do comando Descrição 06 Preset de um único registro (altera o estado de uma saída analógica) 07 Lê exceções (2) - registros de erro 08 Várias funções de diagnóstico Força uma quantidade variável (1) de bobinas (saídas digitais) Preset de uma quantidade variável (1) de registros (saídas analógicas) 1 A quantidade de variáveis a ler é definida no frame de solicitação 2 Oito bits pré configurados. Não é necessário fornecer parâmetros de endereçamento com este comando pois o escravo vai enviar sempre os oito bits pré configurados.

21 Para alguns comandos de diagnóstico, tais como reinício de comunicação, reset do módulo ou sincronização de relógio, podem ser utilizados comunicações do tipo broadcast, ou seja, destinada a todos os escravos simultaneamente.

22 - RTU O termo RTU do inglês Remote Terminal Unit refere-se ao modo de transmissão onde endereços e valores são representados em formato binário. Neste modo para cada byte transmitido são codificados dois caracteres. Números inteiros variando entre e podem ser representados por 2 bytes.

23 - RTU Modo de transmissão RTU: Cada byte contém dois dígitos hexadecimais. Formação dos Quadros: Definição do inicio e fim da mensagem através de tempos de silêncio de 3,5 caracteres. Conteúdo dos Quadros: conjuntos de caracteres Hexadecimais de 00 a FF. [LSB... MSB]

24 - RTU Algumas características do protocolo Modbus são fixas, como o formato da mensagem, funções disponíveis e tratamento de erros de comunicação. Outras características são selecionáveis como o meio de transmissão, velocidade, timeout, bits de parada e paridade e o modo de transmissão (RTU os ASCII).

25 Modbus RTU x ASCII O mesmo número precisaria de quatro caracteres ASCII para ser representado (em hexadecimal). O tamanho da palavra no modo RTU é de 8 bits.

26 Modbus RTU x ASCII A seleção do modo de transmissão define como os dados serão codificados. Exemplo: Transmissão do endereço 3Bh RTU: 3Bh = ASCII: 3 = 33h e B = 42h ).

27 Modbus RTU x ASCII Nos protocolos MODBUS Plus e TCP/IP as mensagens são colocadas em frames, não sendo necessário a definição do modo de transmissão, usando sempre o modo RTU. O modo ASCII permite intervalos de tempo de até um segundo entre os caracteres sem provocar erros, mas sua mensagem típica tem um tamanho duas vezes maior que a mensagem equivalente usando o modo RTU.

28 Modbus RTU x ASCII

29 - RTU O modo RTU transmite a informação com um menor número de bits, mas a mensagem deve ter todos os seus caracteres enviados em uma seqüência contínua. O modo RTU também é chamado de ModBus-B ou Modbus Binario e é o modo preferencial.

30 - RTU