Что такое протокол Modbus и принцип работы версий RTU/TCP и ASCII?

Изучая любую автоматику и диспетчеризацию в АСУТП мы постоянно сталкиваемся с упоминанием протокола Modbus и различных портов. Например, у программируемых логических контроллеров (ПЛК) Авангард-10 производства ООО "НТК  Приборэнерго" есть 2 порта связи RS-485, 2 порта USB и Ethernet порт. Но часто не понимаем базовых вещей для чего они нужны и принцип их работы. 

Например, данный ПЛК имеет возможность управления по протоколу Modbus: кондиционеры, инженерных сетей, модули ввода-вывода. А ещё через программное обеспечение Beremiz связываться с контроллером по протоколу Modbus TCP. Что всё это означает? Значит ли это, что если у контроллера есть интерфейс Modbus, и у устройства есть такой интерфейс, они сразу заработают вместе? 

Описание протокола передачи данных Modbus

Протокол связи Modbus – это открытый стандарт, который используется для обмена данными в промышленных системах автоматизации. Разработан он был в 1979-м году компанией Modicon. С тех пор протокол стал одним из наиболее популярных стандартов в области промышленной автоматизации.

Протокол определяет формат сообщений для передачи данных, адресацию, а также включает основные функции для чтения и записи данных. Поддерживает различные методы передачи данных, включая последовательные интерфейсы и Ethernet.Широко применяется протокол Modbus в различных промышленных отраслях, таких как машиностроение, производство, энергетика, водоснабжение. Используется для управления различными технологическими устройствами, такими как ПЛК, датчики, клапаны и другие.

Простыми словами, протокол Модбас является важным инструментом для обеспечения коммуникации и управления в промышленных системах.

Как работает протокол обмена данными Modbus

Modbus представляет собой тип сетевого соединения, в котором один элемент выступает в роли ведущего, а остальные - ведомыми. Этот протокол предусматривает наличие только одного главного устройства, которое не имеет определенного адреса в рамках сети Modbus. Такой протокол можно передавать различными способами, например, через RS232C, RS485, оптоволокно, радиоволны и прочие.

Modbus поддерживает два типа последовательной связи: ASCII и RTU, которые определяют различные методы кодирования и декодирования информации. Обычно устройства, работающие с протоколом Modbus, используют формат RTU. Оба конца соединения должны поддерживать один и тот же из упомянутых выше режимов.

В чем различия версий Modbus RTU, ASCII и TCP

Протокол предлагает три основных режима работы: Modbus RTU, Modbus ASCII и более поздний Modbus TCP. 

Физические аппаратные интерфейсы, используемые в первых двух вариантах ( RTU и ASCII), включают в себя последовательные коммуникационные порты (RS-232, RS-422, RS-485). 

А Modbus TCP должен отвечать современным требованиям, поэтому может подключать любые устройства через Ethernet или интернет для передачи данных. Аппаратный интерфейс для режима Modbus TCP - это порт Ethernet, который является сетевым портом и обычно используется на нашем компьютере.

Modbus RTU и Modbus ASCII

Наиболее распространенная версия Modbus RTU применяется для последовательного подключения. Протокол последовательной связи под названием Modbus RTU передает данные в двоичном формате. Это наиболее часто используемый вариант Modbus, используемый во многих системах автоматизации и управления процессами. Фактически, Modbus RTU и Modbus ASCII - это две различные формы последовательного подключения для протокола Modbus. Так как оба они используют последовательные кабели, для удобства Modbus RTU и Modbus ASCII часто объединяют под названием Modbus RTU.

Протокол последовательной связи Modbus ASCII передает данные с помощью ASCII-символов. Он используется в тех приложениях, где требуются данные, которые могут быть прочитаны человеком, но менее популярен, чем Modbus RTU. При использовании Modbus ASCII данные представлены в формате, доступном для чтения человеком.

Modbus TCP / IP

Протоколы промышленной сети Ethernet, такие как Modbus TCP / IP, используют TCP / IP на транспортном уровне. Используется для создания многоточечных сетей, обеспечивающих связь на физическом уровне Ethernet между одним клиентским и несколькими серверными устройствами. Используя Modbus TCP, сообщения инкапсулируются в пакеты TCP, которые затем инкапсулируются в пакеты IP и отправляются через электрические сигналы Ethernet.

Хотя IP обеспечивает корректную адресацию и маршрутизацию сообщений, главная задача TCP заключается в обеспечении корректного получения пакетов.

Ethernet-соединения Modbus имеют два вида. Modbus TCP – это термин, используемый для обозначения вариантов протоколов Modbus TCP и Modbus поверх TCP. Modbus поверх TCP – это просто пакеты Modbus RTU, упакованные в TCP-подключение, в то время как Modbus TCP – просто пакеты протокола Modbus TCP. Из-за того, что он использует Ethernet, последнее принято обозначать как Modbus TCP, несмотря на то, что технически оно должно называться как Modbus RTU поверх TCP.

В отличие от Modbus RTU, режим Modbus TCP допускает использование одного сетевого порта несколькими устройствами, а сообщения содержат заголовок протокола приложений Modbus (MBAP), представляющий собой 7-байтную преамбулу. Применяемый блок данных протокола приложения Modbus (ADU) идентифицируется с помощью заголовка MBAP и, в свою очередь, определяет применяемый транспортный протокол. Протокол Modbus TCP способен поддерживать множество клиентских устройств одновременно, включая тысячи серверных устройств.

Где применяется протокол связи Modbus

Протокол передачи и обмена данных Modbus используется в различных отраслях промышленности и автоматизации, в частности:

• Системы управления зданиями и домами: использование Modbus позволяет автоматизировать управление системами отопления, вентиляции, кондиционирования и освещения, а также контролировать доступ к помещениям (управление шлагбаумом).

• Промышленные системы: является широко используемым протоколом в управлении производственными процессами, такими как управление технологическим оборудованием, мониторинг процессов и сбор данных.

• Системы автоматизации зданий: протокол позволяет управлять освещением, отоплением, вентиляцией и другими системами в офисных зданиях, гостиницах и других коммерческих объектах.

• Управление распределением энергии: в энергетическом секторе используется для управления распределением и потреблением энергии, позволяя отслеживать и контролировать потоки энергии в реальном времени.

• Системы мониторинга и контроля: протокол используется для мониторинга и контроля различных процессов, таких как контроль качества продукции (например, в пищевой), контроль доступа и управление парком оборудования.

• Системы контроля и управления транспортом: в транспортной отрасли применяется для управления и мониторинга транспортных средств, таких как автобусы, поезда и корабли.

• Системы автоматизации производства: протокол широко используется в производственных системах (например в легкой промышленности) для управления оборудованием и технологическими процессами на промышленных предприятиях.

Читайте новости, статьи и анонсы в Дзен.