En campos como el control industrial, las comunicaciones de energía y los instrumentos inteligentes, la comunicación serie suele utilizarse para el intercambio de datos. El método inicial utilizado era la interfaz RS232. Debido a la complejidad del emplazamiento industrial, diversos equipos eléctricos producirán muchas interferencias electromagnéticas en el entorno, lo que provocará errores en la transmisión de señales.
En 1979, Schneider Electric desarrolló un protocolo de bus, el protocolo Modbus, para campos industriales. Hoy en día, muchas situaciones de comunicación RS485 en la industria utilizan el protocolo Modbus, por lo que hoy vamos a aprender acerca de la comunicación RS485 y el protocolo de comunicación Modbus.
1. Introducción a RS485
En situaciones de control industrial, el bus RS485 se utiliza ampliamente debido a su sencilla interfaz, cómoda conexión en red y larga distancia de transmisión.
RS485 y RS232 son dos interfaces de comunicación basadas en puertos serie. Las operaciones de envío y recepción de datos son las mismas, por lo que utilizan el mismo controlador subyacente de WinCE. Sin embargo, sus modos de comunicación son muy diferentes en las aplicaciones prácticas. La interfaz RS485 es un modo de comunicación de datos half-duplex, mientras que la interfaz RS232 es un modo de comunicación de datos full-duplex. El envío y la recepción de datos no pueden realizarse al mismo tiempo. Para garantizar que no haya conflictos en el envío y la recepción de datos. Para ello, el hardware se implementa a través de la conmutación de direcciones y, en consecuencia, el software también requiere que los procesos de envío y recepción estén estrictamente separados.
La red semidúplex compuesta por la interfaz RS485 es, por lo general, un sistema de dos hilos (antes existía un método de conexión de cuatro hilos, con el que sólo se podía lograr una comunicación punto a punto, pero ya casi no se utiliza), y utiliza sobre todo la transmisión por par trenzado apantallado. Este método de cableado es una topología de bus, y se pueden conectar hasta 32 nodos al mismo bus. En la red de comunicación RS485, se suele utilizar el método de comunicación maestro-esclavo, es decir, un host tiene varios esclavos.
Características de RS485:
- Características eléctricas de RS485: El "0" lógico está representado por una diferencia de tensión entre las dos líneas de (2-6) V; el "1" lógico está representado por una diferencia de tensión entre las dos líneas de - (2-6) V. El nivel de la señal de interfaz es inferior al de RS232, por lo que es menos probable que dañe el chip del circuito de interfaz. Además, el nivel es compatible con el nivel TTL y puede conectarse fácilmente al circuito TTL.
- La velocidad máxima de transmisión de datos de RS485 es de 10 Mbps.
- La interfaz RS485 utiliza una combinación de un excitador equilibrado y un receptor diferencial, que tiene una mayor capacidad antiinterferencias de modo común, es decir, una buena capacidad antiinterferencias de ruido.
- La distancia máxima de transmisión estándar de la interfaz RS485 es de 4000 pies (unos 1219 metros), que en realidad puede ser de hasta 3000 pies. Además, la interfaz RS232 sólo permite conectar un transceptor al bus, es decir, una única estación. La interfaz RS485 permite conectar hasta 128 transceptores al bus. Es decir, tiene capacidad para varias estaciones, por lo que los usuarios pueden establecer fácilmente una red de dispositivos utilizando una única interfaz RS485.
2. Introducción a MODBUS
Modbus fue inventado en 1979 por Modicon (ahora una marca de Schneider Electric) y es el primer protocolo de bus del mundo realmente utilizado en campos industriales.
La red ModBus es un sistema de comunicación industrial que consta de un controlador programable con un terminal inteligente y un ordenador conectados a través de líneas públicas o líneas locales dedicadas. Su estructura de sistema incluye tanto hardware como software. Puede aplicarse a diversas aplicaciones de recogida de datos y supervisión de procesos.
Funciones ModBus:
- Estándar y abierto, los usuarios pueden utilizar el protocolo Modbus gratuitamente y con confianza, sin pagar licencias y sin infringir los derechos de propiedad intelectual. Actualmente, hay más de 400 fabricantes compatibles con Modbus y más de 600 productos compatibles con Modbus.
- Modbus admite diversas interfaces eléctricas, como RS-232, RS-485, etc., y también puede transmitir por diversos medios, como par trenzado, fibra óptica, inalámbrico, etc.
- El formato de trama de Modbus es sencillo, compacto y fácil de entender. Es fácil de usar para los usuarios y fácil de desarrollar para los fabricantes.
Método de transmisión de la comunicación MODBUS:
La transmisión de comunicación se divide en cabeceras de información independientes y datos codificados enviados. Las siguientes definiciones de métodos de transmisión de comunicación también son compatibles con el MODBUS RTU protocolo de comunicación:
Estructura inicial = ≥ 4 bytes tiempo
Código de dirección = 1 byte
Código de función = 1 byte
Área de datos = N bytes
Comprobación de errores = código CRC de 16 bits
fin estructura = ≥ 4 bytes tiempo
Código de dirección: El código de dirección es el primer byte transmitido por comunicación. Este byte indica que el esclavo con el código de dirección establecido por el usuario recibirá la información enviada por el maestro. Y cada esclavo tiene un código de dirección único, y la retroalimentación de respuesta comienza con su propio código de dirección. El código de dirección enviado por el maestro indica la dirección del esclavo al que se enviará, y el código de dirección enviado por el esclavo indica la dirección del esclavo devuelto.
Código de función: segundo byte transmitido por la comunicación. El protocolo de comunicación ModBus define números de función del 1 al 127. Este instrumento sólo utiliza una parte de los códigos de función. Enviado como petición del host, el código de función se utiliza para indicar al esclavo la acción que debe realizar. Como respuesta del esclavo, el código de función enviado por el esclavo es el mismo que el código de función enviado desde el maestro, e indica que el esclavo ha respondido al maestro para la operación. Si el bit más alto del código de función enviado por el esclavo es 1 (por ejemplo, el código de función es mayor que 127), significa que el esclavo no responde a la operación o que hay un error de envío.
Área de datos: El área de datos es diferente según los distintos códigos de función. El área de datos puede ser un valor real, un punto de consigna o una dirección enviada del maestro al esclavo o del esclavo al maestro.
Código CRC: código de detección de errores de dos bytes.
3. Diferencia entre RS485 y MODBUS
RS485 es una interfaz física, en pocas palabras, es hardware.
MODBUS es un protocolo de comunicación estándar internacional, utilizado para el intercambio de datos entre dispositivos de diferentes fabricantes (generalmente con fines industriales); el llamado protocolo también puede entenderse como el "lenguaje" que alguien mencionó anteriormente, o simplemente software.
Generalmente, dos dispositivos transmiten datos a través del protocolo MODBUS:
RS232C se utilizó por primera vez como interfaz de hardware (es decir, el puerto de comunicación serie (puerto serie) de un ordenador normal); también se utiliza RS422, y existe además el RS485, de uso común. Esta interfaz tiene una gran distancia de transmisión y se suele utilizar en sitios industriales en general.
El protocolo MODBUS se divide en tres modos: MODBUS RTU, MODBUS ASCII y el desarrollado posteriormente MODBUS TCP: las interfaces físicas de hardware utilizadas por los dos primeros (MODBUS RTU, MODBUS ASCII) son puertos de comunicación serie (RS232, RS422, RS485 ).
MODBUS TCP está diseñado para cumplir con la tendencia de desarrollo del mundo actual. Todo puede conectarse mediante Ethernet o Internet para transmitir datos. Así pues, en el modo MODBUS TCP, la interfaz de hardware de este modo es el puerto Ethernet, que es el puerto de red utilizado habitualmente en nuestros ordenadores.
