Em domínios como o controlo industrial, as comunicações de energia e os instrumentos inteligentes, a comunicação em série é normalmente utilizada para o intercâmbio de dados. O método inicial utilizado foi a interface RS232. Devido à complexidade do local industrial, vários equipamentos eléctricos produzirão muitas interferências electromagnéticas no ambiente, o que conduzirá a erros de transmissão de sinais.
Em 1979, a Schneider Electric desenvolveu um protocolo de bus Modbus para campos industriais. Atualmente, muitas situações de comunicação RS485 na indústria utilizam o protocolo Modbus, pelo que hoje vamos aprender sobre a comunicação RS485 e o protocolo de comunicação Modbus.
1. Introdução ao RS485
Em situações de controlo industrial, o bus RS485 é amplamente utilizado devido à sua interface simples, ligação em rede conveniente e longa distância de transmissão.
RS485 e RS232 são ambas interfaces de comunicação baseadas em portas de série. As operações de envio e receção de dados são as mesmas, pelo que utilizam o mesmo controlador subjacente do WinCE. No entanto, os seus modos de comunicação são muito diferentes em aplicações práticas. A interface RS485 é um modo de comunicação de dados half-duplex, enquanto a interface RS232 é um modo de comunicação de dados full-duplex. O envio e a receção de dados não podem ser efectuados ao mesmo tempo. Para garantir que não há conflito no envio e receção de dados. Para garantir que não há conflito no envio e na receção de dados, o hardware é implementado através da comutação de direção e, consequentemente, o software também exige que os processos de envio e receção sejam estritamente separados.
A rede half-duplex composta pela interface RS485 é geralmente um sistema de dois fios (costumava haver um método de ligação de quatro fios, que só conseguia uma comunicação ponto-a-ponto, mas que agora raramente é utilizado) e utiliza sobretudo a transmissão por par entrançado blindado. Este método de cablagem é uma topologia de barramento, e podem ser ligados até 32 nós ao mesmo barramento. Na rede de comunicação RS485, é geralmente utilizado o método de comunicação mestre-escravo, ou seja, um anfitrião tem vários escravos.
Caraterísticas do 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. Introdução ao MODBUS
O Modbus foi inventado em 1979 pela Modicon (atualmente uma marca da Schneider Electric) e é o primeiro protocolo de bus do mundo verdadeiramente utilizado nos domínios industriais.
A rede ModBus é um sistema de comunicação industrial, que consiste num controlador programável com um terminal inteligente e um computador ligados através de linhas públicas ou linhas locais dedicadas. A sua estrutura de sistema inclui hardware e software. Pode ser aplicado a várias aplicações de recolha de dados e monitorização de processos.
Caraterísticas do 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 transmissão da comunicação 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:
Estrutura inicial = ≥ 4 bytes de tempo
Código de endereço = 1 byte
Código de função = 1 byte
Área de dados = N bytes
Controlo de erros = código CRC de 16 bits
estrutura final = ≥ 4 bytes tempo
Código de endereço: O código de endereço é o primeiro byte transmitido pela comunicação. Este byte indica que o slave com o código de endereço definido pelo utilizador irá receber a informação enviada pelo master. E cada slave tem um código de endereço único, e o feedback de resposta começa com o seu próprio código de endereço. O código de endereço enviado pelo mestre indica o endereço do escravo a ser enviado, e o código de endereço enviado pelo escravo indica o endereço do escravo enviado de volta.
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 dados: A área de dados é diferente de acordo com os diferentes códigos de função. A área de dados pode ser um valor real, um ponto de ajuste ou um endereço enviado do mestre para o escravo ou do escravo para o mestre.
Código CRC: um código de deteção de erros de dois bytes.
3. A diferença entre RS485 e MODBUS
A RS485 é uma interface física, ou seja, é simplesmente hardware.
O MODBUS é um protocolo de comunicação normalizado internacional, utilizado para o intercâmbio de dados entre dispositivos de diferentes fabricantes (geralmente para fins industriais); o chamado protocolo também pode ser entendido como a "linguagem" acima mencionada, ou simplesmente como software.
Geralmente, dois dispositivos transmitem dados através do protocolo MODBUS:
O RS232C foi utilizado pela primeira vez como interface de hardware (ou seja, a porta de comunicação de série (porta de série) num computador normal); o RS422 também é utilizado, e existe também o RS485, normalmente utilizado. Esta interface tem uma longa distância de transmissão e é frequentemente utilizada em instalações industriais gerais.
O protocolo MODBUS divide-se em três modos: MODBUS RTU, MODBUS ASCII e o mais tarde desenvolvido MODBUS TCP: as interfaces físicas de hardware utilizadas pelos dois primeiros (MODBUS RTU, MODBUS ASCII) são portas de comunicação em série (RS232, RS422, RS485 ).
O MODBUS TCP foi concebido para corresponder à tendência de desenvolvimento do mundo atual. Tudo pode ser ligado através da Ethernet ou da Internet para transmitir dados. Assim, no modo MODBUS TCP, a interface de hardware deste modo é a porta Ethernet, que é a porta de rede habitualmente utilizada nos nossos computadores.