پروتکل مدباس چیست؟

مدباس (Modbus) یک پروتکل ارتباطی است که برای انتقال داده‌ها بین دستگاه‌های الکترونیکی در صنعت به کار می‌رود. این پروتکل ابتدا در دهه ۱۹۷۰ توسط شرکت Modicon (حالا بخشی از شرکت اشنایدر الکتریک) ابداع شد و به‌سرعت در صنایع مختلف به‌عنوان یک پروتکل صنعتی محبوب شد.

مشخصات شبکه مدباس (Modbus)

نوع اتصال:

اتصالات سریال: Modbus می‌تواند از اتصالات سریال مختلفی نظیر RS-232 یا RS-485 برای انتقال داده‌ها استفاده کند.

اتصالات شبکه: Modbus TCP/IP نیز برای انتقال داده‌ها از طریق شبکه‌های TCP/IP (اینترنتی) استفاده می‌شود.

ساختار دستورات:

دستورات Modbus شامل دستورات خواندن (Read) و نوشتن (Write) داده‌ها، درخواست‌های عملکردی (Function Codes) برای انجام عملیات خاص، و دستورات مدیریتی است.

مدل Master-Slave:

Modbus بر اساس مدل Master-Slave عمل می‌کند. یک دستگاه Master دستورات را به دستگاه‌های Slave می‌فرستد و دستگاه‌های Slave اجرای این دستورات را بر عهده دارند.

فرکانس انتقال داده:

سرعت انتقال داده‌ها در Modbus از یک کیلوبیت در ثانیه (Kbps) تا ۱۰ مگابیت در ثانیه (Mbps) متغیر است، بسته به نوع اتصال و نوع شبکه.

پروتکل لایه‌ها:

Modbus در لایه‌های پروتکل OSI از لایه‌های انتقال (Transport Layer) و شبکه (Network Layer) استفاده می‌کند.

نوع داده‌ها:

Modbus معمولاً از داده‌های بیتی (Bit), رله (Coil), عددی (Analog Input), رشته (String) و سایر نوع داده‌ها برای انتقال اطلاعات استفاده می‌کند.

پشتیبانی از گستره وسیعی از دستگاه‌ها:

Modbus به‌عنوان یک پروتکل استاندارد صنعتی، از گستره وسیعی از دستگاه‌ها نظیر کنترل‌کننده‌های PLC، حسگرها، اینورترها، و دیگر تجهیزات اتوماسیون پشتیبانی می‌کند.

به‌طورکلی، Modbus به دلیل استاندارد بودن و ساختار ساده، به‌راحتی قابل‌پیاده‌سازی در انواع مختلف سیستم‌های کنترل و اتوماسیون می‌باشد.

پروفینت چیست؟

تاریخچه شبکه مدباس (MODBUS)

تاریخچه شبکه Modbus به اوایل دهه 1970 بازمی‌گردد و این پروتکل توسط شرکت Modicon (حالا بخشی از شرکت اشنایدر الکتریک) برای ارتباط بین کنترل‌کننده‌های صنعتی و دستگاه‌های میدانی طراحی و توسعه داده شد. در زیر چند نکته درباره تاریخچه Modbus آورده شده است:

تأسیس  Modicon

در سال 1968، شرکت Modicon (Modular Digital Controller) تأسیس شد. این شرکت به توسعه کنترل‌کننده‌های صنعتی برای کاربردهای تولید صنعتی و کنترل فرآیندها متمرکز بود.

توسعه  Modbus

Modbus به‌عنوان یک پروتکل ارتباطی برای اتصال کنترل‌کننده‌ها و دستگاه‌های میدانی توسعه یافت. در ابتدا، این پروتکل بر روی اتصالات سریال مانند RS-232 مورداستفاده قرار گرفت.

انتشار استاندارد  Modbus

Modbus به‌عنوان یک استاندارد متن‌باز و عمومی ارتباطی در صنعت به طور رسمی منتشر شد. این امر منجر به گسترش گسترده و پذیرش وسیع این پروتکل در صنایع مختلف شد.

پیشرفت اتصالات

با پیشرفت فناوری، Modbus به‌تدریج از اتصالات سریال به اتصالات شبکه‌ای پرداخت. استفاده از اتصالات TCP/IP در Modbus TCP این امکان را فراهم کرد که اطلاعات بین دستگاه‌ها از طریق شبکه‌های اینترنت منتقل شود.

استفاده در صنایع گوناگون

Modbus به‌عنوان یک پروتکل استاندارد صنعتی در مختلف صنایع مانند نفت و گاز، اتوماسیون صنعتی، انرژی، تولیدات صنعتی، و غیره استفاده شد.

توسعه Modbus RTU و Modbus ASCII

Modbus RTU و Modbus ASCII نسخه‌های دیگری از این پروتکل هستند که از اتصالات سریال برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کنند. Modbus RTU از مدولاسیون با سرعت بالا استفاده می‌کند، در حالی که Modbus ASCII برای انتقال داده‌ها از کد ASCII استفاده می‌کند.

از آن زمان تاکنون، Modbus به‌عنوان یک پروتکل ارتباطی اساسی و پرکاربرد در صنعت‌های مختلف به کار می‌رود.

پروفیباس چیست؟

انواع پروتکل مدباس (Modbus)

پروتکل Modbus به چهار دسته زیر تقسیم می‌شود:

Modbus RTU (Remote Terminal Unit)

نوع ارتباطی: از اتصالات سریال برای ارتباط با دستگاه‌ها استفاده می‌کند.

فرمت داده: اطلاعات به‌صورت بیتی ارسال می‌شوند و از مدولاسیون با سرعت بالا (RTU) استفاده می‌کند.

کاربردها: اغلب در کنترل‌کننده‌ها و دستگاه‌های میدانی برای انتقال داده‌ها در صنایع مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرد.

Modbus ASCII

نوع ارتباطی: از اتصالات سریال برای ارتباط با دستگاه‌ها استفاده می‌کند.

فرمت داده: اطلاعات با استفاده از کدهای ASCII ارسال می‌شوند.

کاربردها: به‌عنوان یک نسخه کمتر استفاده می‌شود و بیشتر برای اهداف تست و اشکال‌زدایی در صنایع مورداستفاده قرار می‌گیرد.

خرید اینورتر

Modbus TCP

نوع ارتباطی: از اتصالات شبکه‌ای برای ارتباط با دستگاه‌ها استفاده می‌کند.

فرمت داده: اطلاعات بر روی پروتکل TCP/IP ارسال می‌شوند.

کاربردها: در برنامه‌های اتوماسیون صنعتی و مدیریت فرآیند که نیاز به اتصالات شبکه دارند، مورداستفاده قرار می‌گیرد.

Modbus Plus

نوع ارتباطی: از اتصالات شبکه‌ای برای ارتباط با دستگاه‌ها استفاده می‌کند.

فرمت داده: بر اساس یک توسعه از پروتکل Token Passing ارتقاء یافته است.

کاربردها: Modbus Plus ابتدا توسط شرکت Modicon برای اتصال دستگاه‌های کنترل به یکدیگر استفاده می‌شد. اما اکنون اغلب جایگزین‌های مدرن‌تر در دنیای ارتباطات صنعتی وجود دارند.

سرعت شبکه مدباس (Modbus) چه‌قدر است؟

سرعت ارتباط در شبکه Modbus می‌تواند متناسب با نوع اتصال، توپولوژی شبکه، و نوع استفاده متغیر باشد. در ادامه، سرعت ارتباط برای نسخه‌های مختلف پروتکل Modbus را بررسی خواهیم کرد.

خرید اچ ام آی

Modbus RTU (Remote Terminal Unit)

در این نسخه که از اتصالات سریال مانند RS-232 یا RS-485 استفاده می‌کند، سرعت ارتباط معمولاً در حدود 9600 بیت بر ثانیه (bps) تا 115200 bps می‌باشد. این مقادیر بستگی به فاصله فیزیکی بین تجهیزات و مشخصات سیم و اتصالات دارد.

Modbus ASCII

نسخه ASCII نیز از اتصالات سریال استفاده می‌کند و سرعت ارتباط مشابه با Modbus RTU دارد. اما به دلیل استفاده از کدهای ASCII برای انتقال داده‌ها، سرعت واقعی کمتر از Modbus RTU است.

Modbus TCP

در این نسخه که از اتصالات شبکه TCP/IP استفاده می‌کند، سرعت ارتباط معمولاً بر اساس سرعت شبکه محلی (LAN) یا شبکه گسترده (WAN) است. معمولاً سرعت ارتباط در محدوده 10/100/1000 مگابیت بر ثانیه (Mbps) است.

توجه داشته باشید که این اعداد تقریبی هستند و ممکن است بسته به شرایط محیطی و نوع تجهیزات مورداستفاده تغییر کند. همچنین، ممکن است در تجهیزات خاص یا پروژه‌های خاص، سرعت‌های متفاوتی مشاهده شود.

شبکه Modbus در زیمنس چه کاربردی دارد؟

در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی زیمنس، پروتکل Modbus به‌عنوان یک پروتکل ارتباطی متداول برای اتصال تجهیزات مختلف میدانی و تجهیزات جزئیاتی به کنترلرها و سیستم‌های مرکزی استفاده می‌شود. در زیر تعدادی از کاربردهای Modbus در محصولات و سیستم‌های زیمنس ذکر شده است:

اتصال PLC (Programmable Logic Controllers):

Modbus به‌عنوان یک پروتکل ارتباطی استاندارد برای اتصال پی ال سی PLC به تجهیزات مختلف میدانی مانند سنسورها، آنالایزرها، و سایر دستگاه‌های کنترلی مورداستفاده قرار می‌گیرد.

اتصال دستگاه‌های HMI (Human Machine Interface)

دستگاه‌های اچ ام آی HMI که به‌منظور نمایش و کنترل فرآیندها توسط اپراتورها استفاده می‌شوند، می‌توانند از طریق پروتکل Modbus با PLC و دیگر تجهیزات ارتباط برقرار کنند.

اتصال ماژول‌های I/O (Input/Output)

اتصال ماژول‌های I/O به PLC از طریق Modbus، به سیستم امکان افزودن و گسترش ورودی و خروجی‌های دیجیتال و آنالوگ را می‌دهد.

ارتباط با دستگاه‌های اندازه‌گیری و کنترل

Modbus می‌تواند برای اتصال به دستگاه‌های اندازه‌گیری و کنترل مختلف مانند فلومترها، ترانسمیترها و دستگاه‌های ابزاردقیق استفاده شود.

انجام پروژه اتوماسیون صنعتی

اتصال به دستگاه‌های متر

در صنایع انرژی و توزیع برق، Modbus برای اتصال به دستگاه‌های متر و مانیتورینگ مصرف انرژی به کار می‌رود.

اتصال به تجهیزات HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning)

Modbus برای اتصال به تجهیزات HVAC مانند گرمایش، تهویه‌مطبوع و کنترل سیستم‌های تبرید به کار می‌رود.

اتصال به تجهیزات حفاظتی و ایمنی

استفاده از Modbus برای اتصال به تجهیزات حفاظتی و ایمنی در صنایعی که نیاز به کنترل و مدیریت ایمنی دارند.

استفاده از Modbus در تجهیزات زیمنس امکان یکپارچه‌سازی و ادغام سیستم‌های مختلف را فراهم می‌کند و امکان کنترل و نظارت بهتر بر فرآیندهای صنعتی را ایجاد می‌کند.

نحوه ارتباط Master-Slave در شبکه مدباس (Modbus)

در شبکه  مودباس Modbus، ارتباط Master-Slave یک مدل ارتباطی است که بین دستگاه کنترل‌کننده (Master) و دستگاه‌های کنترل‌شونده (Slave) برقرار می‌شود. Master دستورات را صادر می‌کند و Slaveها این دستورات را اجرا کرده و یا به آن پاسخ می‌دهند. در این مدل، Master مسئول کنترل و نظارت بر شبکه و دستگاه‌هاست، درحالی‌که دستگاه‌های Slave فقط به دستورات Master پاسخ می‌دهند.

نحوه ارتباط Master-Slave در شبکه Modbus به شکل زیر است:

درخواست از Master

Master بر اساس نیازهای کنترلی خود درخواست‌هایی را به دستگاه‌های Slave ارسال می‌کند. این درخواست‌ها می‌توانند شامل خواندن داده‌ها، نوشتن داده‌ها یا انجام عملیات خاصی باشند.

پاسخ از Slave

هر Slave که درخواست را دریافت کرد، به آن پاسخ می‌دهد. پاسخ ممکن است شامل داده‌ها یا وضعیت اجرای عملیات باشد.

تعداد گروهی (Broadcast)

Master می‌تواند درخواست خود را به تمام دستگاه‌های Slave ارسال کند. این نوع درخواست به‌عنوان تعداد گروهی (Broadcast) شناخته می‌شود و همه دستگاه‌های Slave در شبکه به درخواست پاسخ نمی‌دهند، مگر آنکه آن درخواست به یک آدرس خاص مرتبط باشد.

زمان‌بندی

ارتباط Master-Slave در شبکه Modbus بر اساس زمان‌بندی انجام می‌شود. Master دستورات را در زمان‌های مشخصی به دستگاه‌های Slave ارسال می‌کند و بر اساس تأخیرها و پاسخ‌ها، ارتباط بین دستگاه‌ها مدیریت می‌شود.

شرکت اتوماسیون صنعتی

آدرس یا ID

هر دستگاه Slave دارای یک آدرس یا ID منحصربه‌فرد است. این آدرس‌ها به Master کمک می‌کنند تا بدانند درخواست را به کدام دستگاه Slave ارسال کنند.

نحوه انتقال داده

داده‌ها بین Master و Slave به‌صورت باینری انتقال می‌یابند. اطلاعات با استفاده از پروتکل Modbus RTU (Binary) یا Modbus ASCII (ASCII) ارسال می‌شوند.

با این نحوه ارتباط، Master  قادر است دستگاه‌های Slave را کنترل کرده و از آنها اطلاعات را دریافت کند که این مدل ارتباطی در بسیاری از سیستم‌های اتوماسیون صنعتی مورداستفاده قرار می‌گیرد.