در دنیای واقعی برای اینکه دو دستگاه با هم ارتباط برقرار کنند، شبکه های ارتباطی و زبان های مختلفی وجود دارد.
امروزه پروتکل ارتباطی مدباس پرکاربردترین روش مورد استفاده در شبکه های ارتباطی است.

در این پست با مدباس و انواع آن آشنا می شویم.

خواهیم دید که مدباس به عنوان نوعی از پروتکل های باز در زمینه اتوماسیون صنعتی چطور کار می کند و مزایای استفاده از این نوع پروتکل چیست که آن را به محبوب ترین پروتکل تبدیل کرده است.

1- پروتکل ارتباطی مدباس (Modbus) به عنوان پروتکل باز (Open Protocol)

بسته به سازنده تجهیزات اتوماسیون صنعتی، زبان خاصی  مورد استفاده قرار می­گیرد که ممکن است این زبان، به صورت پروتکل های باز در دسترس باشد.
این پروتکل های باز امکان سازگار کردن و یکپارچه سازی محصولات موجود در بازار را، به تولیدکنندگان می­دهد.

پروتکل ارتباطی مدباس به عنوان یک پروتکل آزاد

پروتکل­ های باز در واقع مشخصات منتشر شده ای هستند که هر کس می تواند از آنها آزادانه یا با مجوز استفاده کند.
پروتکل های باز معمولا توسط جمعی از شرکت های سازنده،گروه های کاربر، جوامع حرفه ای و دولت ها، استفاده می شوند
وبه کاربران این امکان را می­دهند که از بین دستگاهها و سیستم های مورد استفاده، انتخاب گسترده تری داشته باشند.

از مزایای پروتکل های بازمی­توان به این موارد اشاره کرد:

  • پشتیبانی شدن توسط طیف وسیعی از تولید کننده ها، فروشندگان نرم افزار و مراکز نصب و سرویس
  • تایید و حمایت شدن از طرف گروه های فعال اجتماعی
  • محدود نبودن و امکان افزودن امکانات و توانایی های بیشتر در آینده

همین مزایا مدباس را به رایج ترین پروتکلهای اتوماسیون مورد استفاده در اتصال دستگاههای الکترونیکی، تبدیل کرده است.

حال پروتکل ارتباطی مدباس و انواع مدباس مورد استفاده در صنعت را توضیح می­دهیم.

2- پروتکل ارتباطی مدباس(Modbus) چیست؟

پروتکل ارتباطی مدباس، قدیمی ترین و محبوب ترین پروتکل اتوماسیون در زمینه اتوماسیون صنعتی و SCADA (نظارت بر کنترل و تهیه داده ها) است.
این پروتکل توسط مادیکن (Modicon) در سال 1979 برای استفاده در PLC منتشر شد.
در حال حاضر شرکت مادیکن  متعلق به اشنایدر الکتریک (Schneider Electric) است.

پروتکل ارتباطی مدباس، قدیمی ترین و محبوب ترین پروتکل اتوماسیون

دانستن نحوه ایجاد شبکه های مبتنی بر مدباس برای هر تکنسین و مهندس برقی که در این زمینه کار می کند ضروری است.
توانایی یکپارچه­ سازی ابزارهای تولید شده توسط سازندگان مختلف، مهارتی است که بازار تقاضای بالایی دارد و بر ارزش و فروش کار شما  اثرگذار است.

در واقع پروتکل ارتباطی مدباس، یک زبان مشترک برای برقراری ارتباط بین دستگاه ها و تجهیزات فراهم می کند.
به عنوان مثال،با استفاده از مدباس، دستگاه ها در یک سیستم و تحت یک شبکه  واحد می­توانند،
نتایج را به یک  SCADA یا PLC انتقال داده و تحت همین شبکه دما و رطوبت را نیز اندازه گیری کنند.

پروتکل ارتباطی مدباس، یک زبان مشترک بین دستگاه ها

توسعه و به روز رسانی پروتکل های مدباس توسط سازمان مدباس مدیریت می­شود. این سازمان از کاربران و تامین کنندگان دستگاه های سازگار با مدباس، تشکیل شده است.

3- انواع پروتکل­ ارتباطی مدباس(Modbus Communication Protocol)

نسخه های متفاوتی از پروتکل ارتباطی مدباس برای پورت سریال (serial port) و اترنت (Ethernet) وجود دارد که رایج ترین آنها عبارتند از:

  • Modbus RTU
  • Modbus ASCII
  • Modbus TCP
  • Modbus Plus

انواع پروتکل ارتباطی مدباس

شرکت Modicon یک رابط مدباس (Modbus communication interface)
را بر پایه (Master-Slave) منتشر کرد.

در این مدل، ارتباط بین گره های مدباس (Modbus nodes)
با ارسال درخواست و خواندن نوع پاسخ پیام ها به دست می آید.

4- پروتکل ارتباطی مدباس و رسانه های فیزیکی آن (Physical Media)

پروتکل ارتباطی مدباس یک استاندارد باز است که پیام موجود در  هر گفتگو را توصیف می کند.
مدباس بین انواع مختلف رسانه های فیزیکی ارتباط برقرار می­کند.

از انواع این رسانه­ های فیزیکی می­توان موارد زیر را نام برد:

  • Serial RS-232
  • Serial RS-485
  • Serial RS-422
  • Ethernet

رسانه های فیزیکی در پروتکل ارتباطی مدباس

رابط اصلی مدباس بر روی ارتباطات سریال RS-232 اجرا می­شد،
اما بیشتر مدباس­ های اخیر از RS-485  استفاده می کنند زیرا این نوع، مزایای زیر را ایجاد می­کند:

  • فاصله های طولانی تر
  • سرعت بالاتر
  • امکان استفاده از دستگاه های چندگانه (multiple devices) در یک شبکه

مزایای مدباس مبتنی برسریال RS-485

مدباس Master-Slave مبتنی بر RS-485  از اتصالات فرستنده و گیرنده
دو سیمه (two-wire) استفاده می­کند.

رسانه فیزیکی مدباس مبتنی برسریال RS-485

در رابطهای ساده ­ای مانند RS232 یا RS485، پیامهای مدباس با فرم ساده در شبکه ارسال میشوند و شبکه تنها به اتصال مدباس اختصاص داده میشود.

با این حال، اگر شبکه شما به چندین دستگاه ناهمگن (multiple heterogeneous devices) نیاز داشته باشد
که این دستگاهها از یک شبکه چند منظوره مانند TCP / IP  مبتنی بر اترنت استفاده می­کنند،
پیامهای مدباس در بسته های اترنت با فرمت مورد نظر برای این رابط فیزیکی تعبیه شده است.

بنابراین در این مورد، مدباس و سایر پروتکلهای ترکیبی(mixed protocols) ، می­توانند همزمان در یک رابط فیزیکی هماهنگ وجود داشته باشند.

سازگاری دستگاه مدباس با رابط فیزیکی اترنت

5- معرفی ساختار پیام مدباس (Modbus Message Structure)

ساختار اصلی پیامهای مدباس از نوع Peer-to-Peer است. مدباس میتواند در هر دو شبکه نقطه به نقطه (Point-to-Point) و چندگانه (Multidrop networks) عمل کند.

طراحی پیام مدباس

دستگاههای مدباس از تکنولوژی master-slave و یا Client-Server
در اترنت برای برقراری ارتباط استفاده میکنند.
در این تکنولوژی تنها یک دستگاه master یا Server آغازگر تعاملات است.
دستگاههای دیگر Slaves/Clients یا با تهیه اطلاعات درخواست شده و یا با اجرای عملی یک دستور، به master پاسخ میدهند.
هر دستگاه ثانوی در واقع یک slave است که اطلاعات را پردازش کرده و پاسخ خود را در قالب پیام و با استفاده از مدباس به master ارسال میکند.

از انواع این دستگاه های ثانوی (slave) می توان به نمونه های زیر اشاره کرد:

  • مبدل های 0 و 1 (I/O transducer)
  • شیر (valve)
  • درایو شبکه (network drive)
  • سایر دستگاه های اندازه گیری

* master میتواند دستوری را فقط برای یک slave منحصر بفرد صادر کند و یا یک پیام  broadcast را برای همه slave ارسال کند.
*slave ها به تمام درخواستهایی که به طور اختصاصی به آنها داده شده پاسخ میدهند، اما به پیام های بردکست پاسخ نمیدهند.
*slave ها به اختیار خود پیامی  را ارسال نمی­کنند بلکه تنها به پیامهای ارسال شده از master پاسخ میدهند.

پرسش و پاسخ فرمانده در پروتکل ارتباطی مدباس

دستورات master شامل:

  • دستورات مربوط به slave ها (دستورات بردکست)
  • کد عملکرد با فرمان خواندن یا نوشتن به هر slave
  • فرمان نوشتن “داده” درصورتی که دستور از طرف master صادر شده باشد
  • خطا در چک کردن فیلد

بررسی خطا (error checking) مقداری است که master یا slave، در ابتدای انتقال یا پاسخ ایجاد میکند و از بررسی آن برای تأیید صحت محتویات پیام دریافت شده، استفاده میکند.

ساختار پیام مدباس

پاسخ های slave شامل:

  • تأیید درخواست دریافت شده
  • بازگرداندن داده ها
  • بررسی خطای داده ها

اگر    هیچ خطایی رخ نداده باشد، پاسخ slave حاوی داده های درخواست شده خواهد بود.
اگر خطایی در پیام دریافت شده رخ دهد و یا اگر slave قادر به انجام اقدام مورد درخواست نباشد، slave پاسخی مبنی بر رد آن پیام ارسال می­کند.

خطا در پیام پروتکل ارتباطی مدباس

در واقع فیلد بررسی خطا (error check field) در کادر پیام های slave، به master اجازه میدهد که اعتبار محتویات پیام را تایید کند.

ساختار پاسخگویی فرمانبر در پروتکل ارتباطی مدباس

در این مقاله درباره پروتکل مدباس و انواع مدباس های مورد استفاده در صنعت  یاد گرفتیم.
در مقاله پروتکل مدباس (Modbus) چطور کار میکند؟ در مورد نحوه کار و چگونگی برقراری ارتباط بین دستگاه ها با استفاده از پروتکل های مدباس، بحث خواهیم کرد.

مقاله بالا بخشی از بسته جامع اتوماسیون صنعتی
(بسته جامع +30) است.

برای مشاهده کامل این بسته کلیک کنید.

مشاهده بسته اتوماسیون صنعتی
بسته جامع اتوماسیون صنعتی

در نماتک نظر دهید