Bij het bekijken van industriële communicatieprotocollen is het belangrijk om inzicht te hebben in de belangrijkste verschillen tussen het Modbus-protocol en het USS-protocol is van cruciaal belang voor het ontwerp en de integratie van systemen. Beide protocollen beschikken over unieke kenmerken die zijn afgestemd op verschillende toepassingen, en in dit artikel zullen deze verschillen uitvoerig worden besproken.
Overzicht van het Modbus-protocol
Modbus werd in 1979 door Modicon (tegenwoordig Schneider Electric) ontwikkeld als een serieel communicatieprotocol, dat oorspronkelijk werd gebruikt voor gegevensuitwisseling tussen PLC’s, en is uitgegroeid tot de oudste en meest gangbare standaard voor seriële communicatie in de industriële automatisering.
Er zijn verschillende varianten, waaronder Modbus RTU, Modbus ASCII en Modbus TCP, die communicatie via seriële RS-232/RS-485-verbindingen en Ethernet-overdracht ondersteunen. Modbus maakt gebruik van een master-slave-structuur, waarbij het masterstation verzoeken initieert en meerdere slavestations daarop reageren.
Het maakt gebruik van een lineaire bustopologie, waarbij apparaten via de fysieke laag van RS-232 of RS-485 met elkaar worden verbonden. Het Modbus-protocol is eenvoudig en stabiel, wordt op grote schaal gebruikt in diverse industriële automatiseringssystemen en blijft zich ontwikkelen, waarbij nieuwe varianten zoals Modbus/TCP worden ondersteund.
Overzicht van USS-protocol
Het USS-protocol (Universal Serial Interface) is een seriële communicatie een door Siemens ontwikkeld protocol, speciaal ontworpen voor het aansturen van de AC- en DC-aandrijvingsseries van het bedrijf, waarmee procesgegevens kunnen worden gelezen en geschreven, registers kunnen worden gecontroleerd en aandrijvingsparameters via de bus kunnen worden aangepast.
Het USS-protocol maakt ook gebruik van een master-slave-structuur, waarbij het masterstation doorgaans een PLC is en het slavestation de frequentieregelaar, waarbij gebruik wordt gemaakt van de RS-485-fysieke laag. Dit maakt een nauwkeurige regeling en bewaking van de frequentieregelaars mogelijk en wordt op grote schaal toegepast in de SINAMICS- en MICROMASTER-series frequentieregelaars van Siemens.
Het USS-protocol is uitgegroeid tot het Profibus-DP-configuratiebestand voor frequentieregelaars, dat geschikt is voor een breder scala aan apparaten, zoals Danfoss, Eurotherm en andere merken. In vergelijking met Modbus is het USS-protocol specifiek afgestemd op de frequentieregelaars en besturingen van Siemens en biedt het meer aanpassingsmogelijkheden en precisie bij de gegevensuitwisseling en besturing tussen apparaten.
De belangrijkste verschillen tussen het Modbus-protocol en het USS-protocol
Communicatiearchitectuur: Master-slave-modus en gegevensoverdracht
Zowel het Modbus- als het USS-protocol maken gebruik van een master-slave-modus, waarbij de Modbus-master elk willekeurig apparaat kan zijn (zoals PLC’s, computers, enz.), en de slave bestaat uit externe apparaten zoals sensoren en actuatoren. De master verzendt gegevens via verzoeken en antwoorden: de master verstuurt verzoeken en de slave stuurt gegevens terug. Het USS De hoofdunit van het protocol is doorgaans een Siemens-PLC (zoals de S7-serie), en de slave is een Siemens-regelaar. USS verzendt niet alleen regelparameters, maar ondersteunt ook het opvragen en wijzigen van bedrijfsparameters, waarbij de nadruk ligt op de regeling en bewaking van de aandrijving.
Gegevensoverdracht: Informatiestructuur, morfologie, codering
Bij gegevensoverdracht verzendt het Modbus-protocol gegevens op basis van geheugen (registers), waarbij elk register verschillende soorten gegevens kan bevatten, zoals discrete ingangen, discrete uitgangen, invoerregisters, opslagregisters, enz. Dit soort geheugen speelt een cruciale rol bij de gegevensoverdracht, en toegang tot dit geheugen wordt verkregen door middel van verschillende functiecodes.
Het USS-protocol is meer gericht op het toezicht op de operationele besturing van de aandrijving. Het heeft een eenvoudig berichtformaat, met onder meer belangrijke besturingscodes voor de transmissie (zoals starten, stoppen, snelheidsaanpassing, enz.) en configuratiegegevens van het apparaat. Omdat het USS-protocol voor meer gespecialiseerde toepassingen wordt gebruikt, zijn de functies ervan veel eenvoudiger dan die van het Modbus-protocol.
Belangrijkste toepassingen en geschiktheid voor apparatuur
Het Modbus-protocol wordt op grote schaal gebruikt voor de communicatie tussen diverse machineapparaten, zoals PLC’s, sensoren, frequentieregelaars, actuatoren, enz. Het voordeel van Modbus is de openheid ervan, waardoor fabrikanten van apparatuur de toepasbaarheid van Modbus kunnen afstemmen op de feitelijke omstandigheden, waardoor het het vereiste communicatieprotocol is voor apparatuurruimtes met apparatuur van verschillende merken.
Het USS-protocol wordt specifiek gebruikt voor machines en apparatuur van Siemens, met name voor de communicatie tussen de frequentieregelaars, besturingen en PLC’s van dit merk. Hoewel het USS-protocol beperkt is tot machines en apparatuur van bepaalde fabrikanten, biedt het duidelijke voordelen op het gebied van compatibiliteit en efficiëntie tussen dergelijke apparaten.
Prestaties en overdrachtssnelheid
De prestaties van het Modbus-protocol kunnen in bepaalde gevallen worden beperkt door de structuur van de gegevensbestanden en de overdrachtssnelheid. Met name in de seriële communicatiemodus is de overdrachtssnelheid van Modbus RTU over het algemeen laag; hoewel deze via Modbus TCP kan worden verhoogd, blijven de communicatielatentie en de netwerkbandbreedte toch een beperkende factor.
Het USS-protocol is effectiever in het verminderen van de prestatievermindering bij besturingseenheden. Dankzij het specifieke ontwerp voor Siemens-aandrijvingen en -PLC’s biedt USS hogere communicatiesnelheden en een lagere latentie tussen verschillende apparaten. Het is speciaal bedoeld voor het verzenden van gegevens voor een beperkt aantal concrete bewerkingen, in plaats van voor complexe machinecommunicatie, en presteert daarom in bepaalde toepassingen aanzienlijk beter dan Modbus.
Stabiliteit en schaalbaarheid
De stabiliteit van het Modbus-protocol is relatief hoog, met name in industriële productieomgevingen, waar het zich tijdens langdurig gebruik in diverse apparatuurruimtes als veilig en betrouwbaar heeft bewezen. De schaalbaarheid van Modbus is echter enigszins beperkt, met name wanneer veel apparaten moeten worden aangesloten en wanneer complexe algoritmen vereist zijn, aangezien Modbus mogelijk niet aan complexere eisen kan voldoen.
Het USS-protocol biedt een relatief hoge mate van stabiliteit en betrouwbaarheid bij de aansturing van Siemens-machines, maar de schaalbaarheid ervan is relatief beperkt, aangezien het ontwerp cruciaal is om te voldoen aan de eisen van specifieke machineapparatuur (zoals de frequentieregelaars van Siemens). Wanneer er sprake is van communicatie tussen machines van verschillende bekende merken, zal het toepassingsgebied van het USS-protocol zeer beperkt zijn.
Referentienormen voor de keuze van een protocol
Inzicht in de belangrijkste verschillen tussen het Modbus-protocol en het USS-protocol is essentieel voor het kiezen van de juiste communicatiemethode voor uw industriële toepassingen. Modbus biedt veelzijdigheid en openheid, waardoor het geschikt is voor uiteenlopende omgevingen, terwijl USS uitblinkt in gespecialiseerde toepassingen met aandrijvingen van Siemens. Door uw specifieke eisen en apparatuur te beoordelen, kunt u een weloverwogen beslissing nemen die de prestaties en betrouwbaarheid van het systeem verbetert.
