EDUARDO MENDOZAMURIALDO VALENCIA

MODBUS

REVISION:

ING RAUL MORENO

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA INGENIERIA EN

ELECTRONICA

AUTOMATISMO IV

HISTORIA DE MODBUS• Las funciones de comunicación comenzaron a integrarse en los

autómatas a partir del año 1973. El primer bus de comunicaciones fue el Modbus de Modicon. El PLC podía ahora establecer comunicación e intercambiar informaciones con otros PLC's.

• La implantación de los sistemas de comunicación permitió aplicar herramientas de gestión de producción que se ejecutaban en miniordenadores enviando ordenes de producción a los autómatas de la planta. En las plantas se suele dedicar un autómata programable a ejecutar la función de gestión. Este autómata recibe las ordenes de producción y se encarga de comunicarlas a los autómatas programables dedicados a control. A su vez estos los autómatas de control envían el estado de la producción al autómata de gestión.

MODBUS

• Modbus es un protocolo de comunicación, diseñado por Modicon para el uso con sus reguladores programables de la lógica (PLC)s. casi es un protocolo de comunicaciones estándar de hecho en industria puesto que representa los medios lo más común posible disponibles de conectar casi cualquier dispositivo electrónico industrial, que permite grandes ahorros en costes del cableado..

• MODBUS. Es un protocolo utilizado en comunicaciones vía móden-radio, para cubrir grandes distancia a los dispositivos de medición y control, como el caso de pozos de petróleo, gas y agua. Velocidad a 1200 baudios por radio y mayores por cable. Es un estándar de facto.

• Modbus es un estándar serial a nivel industrial de las comunicaciones apoyado por muchos PLC y los fabricantes industriales de los controles.

• Modbus es un protocolo de comunicación serie, utilizado en ambientes industriales, para escribir o leer bits o registros de 16 bits. El circuito debe soportar las características básicas del protocolo (CRC, direccionamiento, repertorio de comandos, timeouts entre caracteres, contadores de mensajes exitosos, etc) . La prueba se realizará con un SW comerci al de control de PLC.

ESTRUCTURA DE LA RED

• Medio Físico

• El medio físico de conexión puede ser un bus semidúplex (half duplex) (RS- 485 o fibra óptica) o dúplex (full duplex) (RS- 422, BC 0- 20mA o fibra óptica).

• La comunicación es asíncrona y las velocidades de transmisión previstas van desde los 75 baudios a 19. 200 baudios. La máxima distancia entre estaciones depende del nivel físico, pudiendo alcanzar hasta 1200 m sin repetidores.

• Acceso al Medio

• La estructura lógica es del tipo maestro- esclavo, con acceso al medio controlado por el maestro. El número máximo de estaciones previsto es de 63 esclavos más una estación maestra. Los intercambios de mensajes pueden ser de dos tipos Intercambios punto a punto, que comportan siempre dos mensajes: una demanda del maestro y una respuesta del esclavo (puede ser simplemente un reconocimiento («Mensajes difundidos. Estos consisten en una comunicación unidireccional del maestro a todos los esclavos. Este tipo de mensajes no tiene respuesta por parte De los esclavos y se suelen emplear para mandar datos comunes de configuración, reset.

PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN MODBUS

• Para la comunicación entre los subsistemas se emplearon dos posibilidades que ofrecen los PLC Modicon Quantum, Modbus Plus

• Para el caso de los adquisidores de datos y las PC´s touch screen de visualización, se emplearon ambas alternativas de comunicación con el objeto de tener una redundancia que garantice la continuidad del servicio en un 100%. Normalmente la comunicación se efectúa a través de la red Ethernet y en caso de falla se conmuta automáticamente a la red MB+.

Los paneles de operación y los adquisidores no poseen discos rígidos y arrancan por red a través de cualquiera de los servidores de booteo. El primero que responda a un pedido de boot, será el que suministre toda la información necesaria para el arranque y configuración de las aplicaciones. Las PC adquisidoras de datos son redundantes y se conmutan automáticamente en caso de fallas.Las de base de datos están replicadas empleando el concepto de DB primaria y secundaria. En condiciones normales las aplicaciones se conectan con la DB primaria y en caso de que esta falle se conectarán con la secundaria. Ideal para aplicaciones de control de procesos.-

Conexiones

• Protocolo de comunicación abierto que define una estructura jerárquica ( un master y varios esclavos) El acceso físico está basado en una

• transmisión de tipo serie half-duplex. La interface electrica permite conexiones en modalidad punto-punto (RS232) o multipunto.

MODO ASCII

Cuando los controladores se configuran para comunicar en una red Modbus según el modo ASCII (American Standard Code for Information Interchange), cada byte – 8 bits - en un mensaje se envía como dos caracteres ASCII. La principal ventaja de este modo es que permite intervalos de tiempo de hasta un segundo entre caracteres sin dar lugar a error.

FORMATO EN MODO ASCII

• Sistema de codificación: Hexadecimal, caracteres ASCII 0-9, A-F.

• Un carácter hexadecimal contenido en

• cada carácter ASCII del mensaje.

• Bits por byte : 1 bit de arranque.

7 bits de datos, el menos significativo se

envía primero.

1 bit para paridad Par o Impar; ningún bit

para No paridad.

1 bit de paro si se usa paridad; 2 bits si no

se usa paridad.

• Campo de comprobcion de error:

• Comprobación Longitudinal Redundante

• (CRC).

MODO RTU

Cuando los controladores son configurados para comunicar en una red Modbus usando el modo RTU (Remote Terminal Unit), cada byte de 8 bits en un mensaje contiene dos digitos hexadecimales de 4 bits. La principal ventaja de este modo es que su mayor densidad de carácter permite mejor rendimiento que el modo ASCII para la misma velocidad. Cada mensaje debe ser transmitido en un flujo continuo.

EL FORMATO EN MODO RTU

• Sistema de codificación:Binario 8bits,hexadecimal 0-9, A-F.• Dos digitos hexadecimales contenidos en cada campo de 8

bits del mensaje.• Bits por byte : 1 bit de arranque.

8 bits de datos, el menos significativo envía primero.

1 bit para paridad Par o Impar; ningún bit para No paridad.

1 bit de paro si se usa paridad; 2 bits si no se usa paridad.

Campo de comprobcion de error:

Comprobación Cíclica Redundante

MODBUS PLUS

Los mensajes Modbus enviados sobre redes Modbus Plus están integrados en la trama dentrodel nivel Logical Link Control (LLC). Los campos del mensaje Modbus sobre Modbus Plusconsisten en bytes de 8 bits de forma similar a la utilizada con la trama RTU.El campo Dirección del Esclavo es convertido en un enrutamiento (‘ROUTING PATH’) por eldispositivo emisor.

El campo CRC no se envía en el mensaje Modbus, porque sería redundantecon la comprobación CRC realizada en el nivel High-level Data Link Control (HDLC). El resto del mensaje permanece como en el formato serie standard. El software de aplicación (Bloques MSTR en los controladores, o Modcom III en ordenadores) manipula la trama del mensaje en una red de paquetes.La figura 9 muestra cómo sé integraría una petición Leer Registros Mantenidos en una trama para transmisión Modbus Plus.

TRAMA DEL MENSAJE MODBUS

• En cualquiera de los modos de transmisión serie (ASCII o RTU), un mensaje Modbus es situado por el dispositivo que transmite, en una trama que tiene un comienzo y un final conocidos.

• .En redes como MAP o Modbus Plus, el protocolo de red manipula la trama de los mensajes con delimitadores de comienzo y final. Esos protocolos también manipulan el envío al dispositivo de destino, haciendo innecesario el campo de la dirección Modbus integrado en el mensaje para la transmisión actual.

• (La dirección modbus es convertida a una dirección de nodo de la red y enrutada por el controlador remitente o sus adaptadores de red.)

Communication RS 485 protocole MODBUS

MANOMETRO CON COMUNICACION MODBUS

Trama ASCII

• En modo ASCII, los mensajes comienzan con un carácter ( : ) ‘dos puntos’ .

• Los caracteres a transmitir permitidos para todos los demás campos son 0-A, A-F hexadecimal.

• Los dispositivos conectados en red monitorizan el bus de red continuamente para detectar un carácter ‘dos puntos’. Cuando se recibe, cada dispositivo decodifica el próximo campo (elcampo de dirección) para enterarse si es el dispositivo direccionado.

• Pueden haber intervalos de hasta un segundo entre caracteres dentro del mensaje. Si transcurremas tiempo entre caracteres, el dispositivo receptor asume

TRAMA ASCII

A R R A N Q U E D I R E C C I O N F U N C I O N D A T O S D A T O S C O M P F I N A L1 C A R Á C T E R :

2 C A R A C T E R E S 2 C A R A C T E R E S N C A R A C T E R E S 2 C A R A C T E R E S 2 C A R A C T E R E S C L R F

TRAMA RTU

En modo RTU, los mensajes comienzan con un intervalo silencioso de al menos 3.5 tiempos de carácter. Esto es mas fácilmente implementado como un múltiplo de tiempos de carácter a la velocidad de transmisión configurada en la red (mostrado como T1-T2-T3-T4 en la figura 4). El primer campo transmitido es entonces la dirección del dispositivo destinatario.Los caracteres a transmitir permitidos para todos los campos son 0-A, A-F hexadecimal.

Los dispositivos conectados en red monitorizan el bus de red continuamente incluso durante los intervalos ‘silencioso’. Cuando el primer campo (el campo de dirección) es recibido, cada dispositivo lo decodifica para enterarse si es el dispositivo direccionado. Siguiendo al último carácter transmitido, un intervalo de al menos 3.5 tiempos de carácter señala el final del mensaje. Un nuevo mensaje puede comenzar después de este intervalo. La trama completa del mensaje debe ser transmitida como un flujo continuo. Si un intervalo silencioso de más de 1.5 tiempos de carácter tiene lugar antes de completar la trama, el dispositivo receptor desecha el mensaje incompleto y asume que el próximo byte será el campo de dirección de un nuevo mensaje.

TAMA RTU

ARRANQUE DIRECCION FUNCION DATOS DATOSCOMP FINAL T1-T2-T3-T4 8BITS 8 BITS N * 8BITS 16 BITS T1-T2-T3-T4

DIAGRAMA DEL CABLE SERIAL MODBUS

Multiplexor modbus

Caracteristicas

• Hasta 3 maestros en Modbus ASCII ó RTU. • Hasta 32 esclavos en RS485 ó 1 esclavo en RS232. • Trabaja en forma transparente, no necesita tablas de

registro. • Puede actuar como conversor entre Modbus RTU y

Modbus ASCII. • Amplio rango de alimentación 9-26V AC ó 9-30 V

DC. • Fácil configuración. • Bornera Industrial extraíble. • Accesorio para montaje industrial sobre riel DIN.