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:
1.Electrical characteristics of RS485: Logic “0” is represented by the voltage difference between the two lines being (2-6) V; logic “1” is represented by the voltage difference between the two lines being – (2-6) V. The interface signal level is lower than that of RS232, which makes it less likely to damage the chip of the interface circuit. Moreover, the level is compatible with the TTL level and can be easily connected to the TTL circuit.
2. The maximum data transmission rate of RS485 is 10Mbps.
3. The RS485 interface uses a combination of a balanced driver and a differential receiver, which has enhanced anti-common mode interference capabilities, that is, good anti-noise interference.
4. The standard maximum transmission distance of the RS485 interface is 4000 feet (about 1219 meters), which can actually be up to 3000 feet. In addition, the RS232 interface only allows one transceiver to be connected to the bus, which is a single station capability. The RS485 interface allows up to 128 transceivers to be connected to the bus. That is, it has multi-station capability, so users can easily establish a device network using a single RS485 interface.
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:
1.Standard and open, users can use the Modbus protocol for free and with confidence, without paying license fees and without infringement of intellectual property rights. Currently, there are more than 400 manufacturers supporting Modbus and more than 600 products supporting Modbus.
2. Modbus can support a variety of electrical interfaces, such as RS-232, RS-485, etc., and can also transmit on various media, such as twisted pair, optical fiber, wireless, etc.
3. The frame format of Modbus is simple, compact, and easy to understand. It is easy for users to use and easy for manufacturers to develop.
Método de transmisión de la comunicación MODBUS:
The communication transmission is divided into independent information headers and encoded data sent. The following communication transmission method definitions are also compatible with the MODBUS RTU communication protocol:
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.
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 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.