Protocolos de Comunicação – Conheça o Modbus

Fala galera, beleza? No post de hoje, daremos início a uma série que explorará alguns dos protocolos de comunicação mais aplicados, na área industrial. Se você tem dúvida, assim como eu tive rs, venha comigo! Acompanhe essa postagem, em que exploraremos mais sobre o protocolo Modbus. Antes de tudo, vamos reforçar o que é um protocolo de comunicação.

O que é um protocolo de comunicação?

Em resumo:

Protocolo é o conjunto de regras sobre o modo como se dará a comunicação, entre as partes envolvidas.

Ou seja, é uma maneira a qual diferentes máquinas podem conversar. E, para que ocorra qualquer comunicação, é necessário respeitar algumas regras (o mesmo vale para a comunicação entre nós humanos).

Para isso, o protocolo de comunicação é responsável por garantir todas as fases: estabelecimento, controle, tráfego e encerramento de uma comunicação. As funções desempenhadas em uma comunicação são:

  • Endereçamento;
  • Numeração e sequência;
  • Estabelecimento da conexão;
  • Confirmação da recepção;
  • Controle de erros;
  • Retransmissão;
  • Conversões de código;
  • Controle de fluxo de dados.

Agora que compreendemos o que é um protocolo de comunicação, vamos entender mais a respeito do protocolo Modbus.

Conheça o protocolo Modbus

O protocolo Modbus foi desenvolvido na década de 1970, para comunicação entre os controladores industriais da Modicon. O mesmo apresenta simplicidade em sua configuração e manutenção, além de ser um protocolo aberto. Por conta disso, o mesmo foi largamente aceito e até hoje é muito utilizado na indústria, devido a isso e também a sua simplicidade aliada à robustez. O mesmo pode utilizar, como meio físico, o padrão RS-232 ou RS-485 para comunicação Serial e o padrão Ethernet, para comunicação TCP/IP.  Para permitir a comunicação entre os dois tipos de Modbus, utiliza-se um Gateway fazendo a conexão entre serial e Ethernet.

A seguir, podemos observar a topologia de uma rede Modbus, aplicada na indústria.

Fonte: Apostila ETEC Automação Industrial

Entendendo como funciona…

Agora que tivemos um overview do que é o protocolo Modbus, vamos entender um pouco mais sobre como o mesmo trabalha.

Este protocolo trabalha com o Master/Slave, onde o mestre questiona o escravo, enviando instruções para verificar, se o dispositivo escravo está ou não ativo.

Sendo assim, o mestre diz o que vai ler e o que espera como resposta. E, tudo isso ocorre de forma coordenada, pois os escravos devem estar, devidamente, configurados com os endereços corretos, a fim de garantir a comunicação, estando prontos para responder as requisições realizadas pelo dispositivo mestre.

Os dados transmitidos podem ser discretos ou dados numéricos, ou seja, podemos enviar valores analógicos de um sensor, ou um bit para acionamento de uma carga, por exemplo, de um motor de indução trifásico.

Durante a transmissão de dados, os bytes têm informações para o escravo, sendo essas, qual registrador inicial deverá responder, quantidade de registros a ser lidos etc. Com a checagem de erros, o escravo pode validar os dados recebidos pelo mestre.

Na resposta do escravo, o código de função é repetido de volta ao mestre, junto com os bytes dos dados, que foram solicitados ao escravo. Caso ocorra alguma falha na aquisição de dados, o código da função é modificado, para indicar o erro e os bytes de dados conterão esse código. A verificação de erros permite ao mestre validar ou não os dados recebidos.

Quais são os modos de transmissão?

O protocolo Modbus pode transmitir os dados de 03 formas sendo:

  • RTU: utilizado em comunicação serial;
  • ASCII: utilizado em comunicação serial;
  • TCP/IP: utilização em comunicação Ethernet.

Tais modos definem como os bytes da mensagem do mestre, ao escravo, será transmitido.  Com isso, vamos entender um pouco como cada um destes modos de transmissão trabalham.

O RTU transmite as mensagens de 8 bits, através de 02 caracteres hexadecimais de 4 bits. O formato do pacote é da seguinte maneira:

Já na transmissão por ASCII (American Standard Code for Information Interchange), cada byte é transmitido como dois caracteres ASCII. Este modo de transmissão consome mais recursos da rede, comparado ao RTU.  O formato do pacote é da seguinte maneira:

Na transmissão via TCP, os dados são encapsulados em formato binário em frames TCP, para utilizar o meio físico Ethernet. Quando se aplica este modo de transmissão, o mecanismo de controle de acesso é o CSMA-CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), tornando desnecessário a outro campo de checagem. A porta TCP padrão para a comunicação TCP Modbus é a 502.

Conhecendo os códigos de funções.

Agora que já entendemos um pouco deste protocolo, vamos à tabela com os códigos de funções, onde o mestre especifica o que ele quer do escravo (falando de uma forma simples, rs). Neste protocolo, cada código é utilizado para acessar um conjunto específico de dados:

Fonte: Wikipedia

Vale ressaltar que, as funções de diagnóstico podem ser enviadas a todos os escravos da rede.

Para finalizar…

Bom galera, neste artigo quis trazer, de forma simples e objetiva, o que é um protocolo de comunicação e, também, sobre o protocolo Modbus. Sendo ele, muito utilizado na indústria, conforme exploramos durante o artigo. Buscaremos trazer aplicações práticas, utilizando este protocolo, em futuros artigos elucidando, assim, a teoria apresentada.

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Muito obrigado e até a próxima!

Yhan Christian

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