Em domínios como o controlo industrial, as comunicações de energia e os instrumentos inteligentes, a comunicação em série é normalmente utilizada para o intercâmbio de dados. O método inicial utilizado foi a interface RS232. Devido à complexidade do local industrial, vários equipamentos eléctricos produzirão muitas interferências electromagnéticas no ambiente, o que conduzirá a erros de transmissão de sinais.
Em 1979, a Schneider Electric desenvolveu um protocolo de bus Modbus para campos industriais. Atualmente, muitas situações de comunicação RS485 na indústria utilizam o protocolo Modbus, pelo que hoje vamos aprender sobre a comunicação RS485 e o protocolo de comunicação Modbus.
1. Introdução ao RS485
Em situações de controlo industrial, o bus RS485 é amplamente utilizado devido à sua interface simples, ligação em rede conveniente e longa distância de transmissão.
RS485 e RS232 são ambas interfaces de comunicação baseadas em portas de série. As operações de envio e receção de dados são as mesmas, pelo que utilizam o mesmo controlador subjacente do WinCE. No entanto, os seus modos de comunicação são muito diferentes em aplicações práticas. A interface RS485 é um modo de comunicação de dados half-duplex, enquanto a interface RS232 é um modo de comunicação de dados full-duplex. O envio e a receção de dados não podem ser efectuados ao mesmo tempo. Para garantir que não há conflito no envio e receção de dados. Para garantir que não há conflito no envio e na receção de dados, o hardware é implementado através da comutação de direção e, consequentemente, o software também exige que os processos de envio e receção sejam estritamente separados.
A rede half-duplex composta pela interface RS485 é geralmente um sistema de dois fios (costumava haver um método de ligação de quatro fios, que só conseguia uma comunicação ponto-a-ponto, mas que agora raramente é utilizado) e utiliza sobretudo a transmissão por par entrançado blindado. Este método de cablagem é uma topologia de barramento, e podem ser ligados até 32 nós ao mesmo barramento. Na rede de comunicação RS485, é geralmente utilizado o método de comunicação mestre-escravo, ou seja, um anfitrião tem vários escravos.
Caraterísticas do RS485:
- Caraterísticas eléctricas do RS485: O "0" lógico é representado pela diferença de tensão entre as duas linhas de (2-6) V; o "1" lógico é representado pela diferença de tensão entre as duas linhas de - (2-6) V. O nível do sinal de interface é inferior ao do RS232, o que torna menos provável a danificação do chip do circuito de interface. Além disso, o nível é compatível com o nível TTL e pode ser facilmente ligado ao circuito TTL.
- A taxa máxima de transmissão de dados do RS485 é de 10 Mbps.
- A interface RS485 utiliza uma combinação de um controlador equilibrado e um recetor diferencial, que possui capacidades melhoradas de interferência de modo anti-comum, ou seja, uma boa interferência anti-ruído.
- A distância máxima de transmissão padrão da interface RS485 é de 4000 pés (cerca de 1219 metros), que pode efetivamente ser de até 3000 pés. Além disso, a interface RS232 apenas permite a ligação de um transcetor ao bus, o que constitui uma capacidade de estação única. A interface RS485 permite que até 128 transceptores sejam conectados ao barramento. Ou seja, tem capacidade para várias estações, pelo que os utilizadores podem facilmente estabelecer uma rede de dispositivos utilizando uma única interface RS485.
2. Introdução ao MODBUS
O Modbus foi inventado em 1979 pela Modicon (atualmente uma marca da Schneider Electric) e é o primeiro protocolo de bus do mundo verdadeiramente utilizado nos domínios industriais.
A rede ModBus é um sistema de comunicação industrial, que consiste num controlador programável com um terminal inteligente e um computador ligados através de linhas públicas ou linhas locais dedicadas. A sua estrutura de sistema inclui hardware e software. Pode ser aplicado a várias aplicações de recolha de dados e monitorização de processos.
Caraterísticas do ModBus:
- Normalizado e aberto, os utilizadores podem utilizar o protocolo Modbus gratuitamente e com confiança, sem pagar taxas de licença e sem violação dos direitos de propriedade intelectual. Atualmente, existem mais de 400 fabricantes que suportam o Modbus e mais de 600 produtos que suportam o Modbus.
- O Modbus pode suportar uma variedade de interfaces eléctricas, como RS-232, RS-485, etc., e pode também transmitir em vários meios, como par entrançado, fibra ótica, sem fios, etc.
- O formato da estrutura do Modbus é simples, compacto e fácil de compreender. É fácil de utilizar pelos utilizadores e fácil de desenvolver pelos fabricantes.
Método de transmissão da comunicação MODBUS:
A transmissão da comunicação divide-se em cabeçalhos de informação independentes e dados codificados enviados. As seguintes definições do método de transmissão da comunicação são também compatíveis com o MODBUS UTR protocolo de comunicação:
Estrutura inicial = ≥ 4 bytes de tempo
Código de endereço = 1 byte
Código de função = 1 byte
Área de dados = N bytes
Controlo de erros = código CRC de 16 bits
estrutura final = ≥ 4 bytes tempo
Código de endereço: O código de endereço é o primeiro byte transmitido pela comunicação. Este byte indica que o slave com o código de endereço definido pelo utilizador irá receber a informação enviada pelo master. E cada slave tem um código de endereço único, e o feedback de resposta começa com o seu próprio código de endereço. O código de endereço enviado pelo mestre indica o endereço do escravo a ser enviado, e o código de endereço enviado pelo escravo indica o endereço do escravo enviado de volta.
Function code: the second byte transmitted by communication. ModBus communication protocol defines function numbers from 1 to 127. This instrument only uses part of the function codes. Sent as a host request, the function code is used to tell the slave what action to perform. As a slave response, the function code sent by the slave is the same as the function code sent from the master, and indicates that the slave has responded to the master for operation. If the highest bit of the function code sent by the slave is 1 (for example, the function code is greater than 127), it means that the slave does not respond to the operation or there is a sending error.
Área de dados: A área de dados é diferente de acordo com os diferentes códigos de função. A área de dados pode ser um valor real, um ponto de ajuste ou um endereço enviado do mestre para o escravo ou do escravo para o mestre.
Código CRC: um código de deteção de erros de dois bytes.
3. A diferença entre RS485 e MODBUS
A RS485 é uma interface física, ou seja, é simplesmente hardware.
O MODBUS é um protocolo de comunicação normalizado internacional, utilizado para o intercâmbio de dados entre dispositivos de diferentes fabricantes (geralmente para fins industriais); o chamado protocolo também pode ser entendido como a "linguagem" acima mencionada, ou simplesmente como software.
Geralmente, dois dispositivos transmitem dados através do protocolo MODBUS:
O RS232C foi utilizado pela primeira vez como interface de hardware (ou seja, a porta de comunicação de série (porta de série) num computador normal); o RS422 também é utilizado, e existe também o RS485, normalmente utilizado. Esta interface tem uma longa distância de transmissão e é frequentemente utilizada em instalações industriais gerais.
O protocolo MODBUS divide-se em três modos: MODBUS RTU, MODBUS ASCII e o mais tarde desenvolvido MODBUS TCP: as interfaces físicas de hardware utilizadas pelos dois primeiros (MODBUS RTU, MODBUS ASCII) são portas de comunicação em série (RS232, RS422, RS485 ).
O MODBUS TCP foi concebido para corresponder à tendência de desenvolvimento do mundo atual. Tudo pode ser ligado através da Ethernet ou da Internet para transmitir dados. Assim, no modo MODBUS TCP, a interface de hardware deste modo é a porta Ethernet, que é a porta de rede habitualmente utilizada nos nossos computadores.
