Протокол промышленной связи Modbus

Введение

ООО «БаирВест» имеет большой опыт в диспетчеризации изготовляемых систем вентиляции, мы используем высококачественные материалы и передовые технические решения. Свободно-программируемые контроллеры дают возможность учитывать пожелания заказчика и создавать нестандартные, гибкие функции системы. Для организации диспетчеризации применяются такие промышленные протоколы передачи данных как:

1. Ethernet
2. BACnet
3. LonWorks
4. Modbus

Одним из самых популярных протоколов диспетчеризации в сфере вентиляции и кондиционирования зданий, является протокол последовательной передачи данных Modbus.

Популярности протокола Modbus есть несколько причин: низкая стоимость, универсальность и простота в эксплуатации. Еще одним преимуществом Modbus есть то, что он может работать практически со всеми коммуникационными средами, включая витую пару, беспроводную связь, оптоволокно, телефонные модемы, мобильные телефоны и др. Это значит, что соединение по протоколу Modbus может быть предельно легко установлено на любом объекте.

За счет своей простоты и удобства он стал одним из основных сетевых протоколов в сфере автоматизации. Невзирая на то, что с момента разработки Modbus прошло почти 30 лет, практически все известные производители промышленного оборудования и приборов продолжают поддерживать его в своих продуктах.

Как появился Modbus

Протокол последовательной связи Modbus был представлен в 1979г. американской компанией Modicon (сейчас Schneider Electric) как инструмент для связи с несколькими устройствами по одному проводу витой пары. Изначально схема работала на RS232, но позже была переработана для работы на RS485, что позволило достичь более высокой скорости, больших расстояний и позволило организовывать настоящую сеть с множеством точек. Modbus вскоре занял лидирующие позиции в индустрии автоматизации, и компания Modicon сделала его открытым для широкой аудитории как бесплатный протокол последовательной передачи данных.
В настоящее время MODBUS-IDA (www.MODBUS.org), самое крупное организованное сообщество пользователей и поставщиков Modbus, продолжает поддержку протокола Modbus по всему миру. Modbus устроен как система «ведущий – ведомый», в которой «ведущий» взаимодействует как с одним так и несколькими «ведомыми». Как правило, это ведущий программируемый логический контроллер (ПЛК), персональный компьютер (ПК), распределенная система управления (DCS) или удаленный терминал (RTU).

Основные версии протокола Modbus

На сегодняшний день широко используются следующие версии Modbus:

1. Modbus RTU
2. Modbus/TCP
3. Modbus ASCII

Для всех сообщений Modbus существует единый формат, в котором они отправляются. Отличие, которое есть среди этих типов Modbus содержится в том, что сообщения по-разному кодируются.
Например, в MODBUS RTU кодировка данных происходит в двоичном формате, для чего требуются только один байт связи на один байт данных, что отлично подходит для применения в сетях RS232 и многоабонентской сети RS485, где скорость составляет от 1200 до 115000 Бод. Скорости, которые наиболее распространены, это 9600 и 19200 бод. В наше время MODBUS RTU считается самым распространенным промышленным протоколом.
MODBUS/TCP – тот же MODBUS, но который способен работать по Ethernet, где взаимодействие с ведомыми устройствами осуществляется с помощью IP-адресов, взамен применения адресов устройств. С MODBUS/TCP происходит инкапсуляция данных в пакет TCP/IP, поэтому любые сети Ethernet, которые поддерживают TCP/IP, сразу поддерживают MODBUS/TCP.

В протоколе MODBUS ASCII кодировка сообщений происходит в шестнадцатеричном формате с применением 4-битных символов ASCII. Это означает, что 1 байт информации требует 2 байта связи, а это в 2 раза больше если сравнивать с протоколами MODBUS RTU или MODBUS/TCP. Следовательно, MODBUS ASCII наиболее медленный из них, но подойдёт, когда используются телефонные модемы или радиоканалы. Это потому, что в ASCII используются символы для разделения сообщений. Благодаря этому разделению возможные задержки в среде передачи не приведут к неверному толкованию сообщений принимающими устройствами.

Modbus и его применение

Modbus позволяет установить соединение между устройствами, которые одновременно подключены к одной и той же сети. В частности, в системах, измеряющих температуру, влажность или качество воздуха в помещениях и передающих результаты измерений на контроллеры или компьютеры управления. Также Modbus нередко применяется для подключения управляющего компьютера к удалённым терминалам, в системах диспетчерского управления. 

Сети MODBUS RTU состоят из единственного «ведущего» устройства (программируемый логический контролер или компьютер) и, как правило, нескольких «ведомых» устройств. «Ведомые» устройства могут только отвечать в сети Modbus, без возможности инициировать связь. Отдельные производители разрабатывают «гибридные» устройства, которые действуют как «ведомые» устройства, но также имеют «возможность записи».
Каждое устройство, что предназначено для связи с применением Modbus, имеет свой уникальный адрес. Как правило, лишь ведущее устройство способно отправить команду Modbus, но в Ethernet это может сделать любое другое устройство. Все команды содержат определённый адрес устройств (в интервале 1-247), которым они предназначены. Только назначенное устройство будет действовать по команде, несмотря на то, что другие устройства могут получать её (исключение составляют конкретные передаваемые команды, отправляемые на узел 0, которые выполняются, но не подтверждаются). 
Все команды протокола Modbus содержат информацию о контрольной сумме, позволяющую адресату обнаружить ошибки передачи. Основные команды Modbus позволяют дать команду удаленному терминалу изменить значение в одном из его регистров, управлять или считывать порт ввода-вывода.
Существует большое количество модемов и шлюзов, которые поддерживают Modbus, так как это довольно простой и часто копируемый протокол. Многие из них изначально были разработаны именно для этого протокола. Различные варианты используют проводную или беспроводную связь, SMS, службу пакетной радиосвязи общего назначения (GPRS).

Modbus на объектах ООО «БаирВест»

В современном мире наиболее перспективными и востребованными являются комплексные системы автоматизации процессов. Мы готовы предложить заказчикам автоматизированные решения любого масштаба, используя, в том числе, протокол Modbus, как для частных домов, так и для огромных промышленных предприятий.

Как правило, применяется единая система операторского управления с одним или несколькими пультами управления, средствами обработки и архивирования информации. Для управления приточными и вытяжными системами применяются штатные щиты управления с контроллерами Carel, датчики температуры, влажности воздуха, датчики перепада давления, датчики CO2, исполнительные устройства.

Осуществлять контроль и управление оборудованием можно со щитов автоматики, в дистанционном режиме с помощью пультов дистанционного управления, планшетных компьютеров, мобильных телефонов, персональных компьютеров, находящихся на удалении или в автоматическом режиме. В окне управления панели оператора имеется возможность включения/отключения вентиляционных установок, задания уставок температуры и влажности воздуха, управление расходом приточного/вытяжного воздуха, выбор режимов работы систем и др.

В системе также имеется возможность просматривать список событий, ведется журнал регистрации параметров, служба сервиса имеет возможность удаленно контролировать и устранять аварийные ситуации. Централизованное управление рабочими параметрами оборудования систем вентиляции позволяет организовать эффективную работу оборудования с минимальными затратами энергии, снизить затраты на эксплуатацию вентиляционных систем, организовать защиту оборудования от возможных поломок.

Заключение

Современные устройства и программируемые логические контроллеры могут поддерживать интерфейсы беспроводной связи, Ethernet, интерфейс Fieldbus, несмотря на это большинство производителей, как и прежде, выбирают Modbus для реализации в своих продуктах. Благодаря своей простоте и надежности Modbus до сих пор является отраслевым стандартом среди промышленных протоколов связи.