Ao considerar os protocolos de comunicação industrial, compreender os principais diferenças entre o protocolo Modbus e o protocolo USS é crucial para a conceção e integração do sistema. Ambos os protocolos têm caraterísticas únicas adaptadas a diferentes aplicações, e este artigo irá explorar estas diferenças em pormenor.
Visão geral do protocolo Modbus
O Modbus foi desenvolvido pela Modicon (atualmente Schneider Electric) em 1979 como um protocolo de comunicação em série, originalmente utilizado para a troca de dados entre PLCs, e tornou-se a norma de comunicação em série mais antiga e mais amplamente adoptada na automação industrial.
Tem várias variantes, incluindo Modbus RTU, Modbus ASCII e Modbus TCP, suportando a comunicação através de comunicação série RS-232/RS-485 e transmissão Ethernet. O Modbus utiliza uma estrutura mestre-escravo, em que a estação mestre inicia os pedidos e várias estações escravas respondem aos mesmos.
Utiliza uma topologia de bus linear, ligando dispositivos através da camada física de RS-232 ou RS-485. O protocolo Modbus é simples e estável, amplamente utilizado em vários sistemas de automação industrial, e continua a evoluir, suportando novas variantes como o Modbus/TCP.
Visão geral de Protocolo USS
O protocolo USS (Universal Serial Interface) é um protocolo comunicação em série protocolo desenvolvido pela Siemens, especificamente concebido para controlar as suas séries de accionamentos AC e DC, suportando a leitura/escrita de dados do processo, a monitorização de registos e a modificação dos parâmetros do acionamento através do bus.
O protocolo USS também emprega uma estrutura mestre-escravo, sendo a estação mestre tipicamente um PLC e a estação escrava o acionamento, utilizando a camada física RS-485. Permite um controlo e monitorização precisos dos variadores e é amplamente utilizado nas séries de variadores de frequência SINAMICS e MICROMASTER da Siemens.
O protocolo USS evoluiu para o ficheiro de configuração de conversores Profibus-DP, adequado para uma gama mais vasta de equipamentos, como a Danfoss, Eurotherm e outros. Comparado com o Modbus, o protocolo USS é personalizado especificamente para os accionamentos e controladores da Siemens, e oferece maior personalização e precisão na troca de dados e controlo entre dispositivos.
As principais diferenças entre o protocolo Modbus e o protocolo USS
Arquitetura de comunicação: Modo mestre-escravo e transmissão de dados
Os protocolos Modbus e USS utilizam um modo mestre-escravo, em que o mestre Modbus pode ser qualquer dispositivo (como PLCs, computadores, etc.), e o escravo são dispositivos externos como sensores, actuadores. O mestre transmite dados através de pedidos e respostas, com o mestre a enviar pedidos e o escravo a devolver dados. O USS o mestre do protocolo é normalmente um PLC Siemens (como a série S7), e o slave é um controlador Siemens. O USS não só transmite parâmetros de controlo, como também suporta a recuperação e modificação de parâmetros de funcionamento, concentrando-se no controlo e monitorização de accionamentos.
Transmissão de dados: Estrutura da informação Codificação morfológica
Na transmissão de dados, o protocolo Modbus transmite dados com base na memória (registos), sendo que cada memória pode conter diferentes tipos de informação de dados, como entrada discreta, saída discreta, registos de entrada, registos de retenção, etc. Este tipo de memória desempenha um papel crucial na transmissão de dados, e o acesso a esta memória é conseguido através de diferentes códigos de função.
O protocolo USS está mais centrado na supervisão do controlo operacional do condutor. Tem um formato de mensagem simples, incluindo os principais códigos de controlo de transmissão (como correr, parar, ajustar a velocidade, etc.) e informações de configuração do dispositivo. Como a aplicação do protocolo USS é mais especializada, as suas funções são muito mais simples do que as do protocolo Modbus.
Principais utilizações e aplicabilidade do equipamento
O protocolo Modbus é amplamente utilizado para a comunicação entre vários dispositivos de máquinas, como PLCs, sensores, variadores de frequência, actuadores, etc. A vantagem do Modbus é a sua abertura, permitindo que os fabricantes de equipamento completem a aplicabilidade do Modbus de acordo com as condições reais, tornando-o o protocolo de comunicação necessário para salas de equipamento de várias marcas.
O protocolo USS é utilizado especificamente para máquinas e equipamentos Siemens, nomeadamente na comunicação entre os seus variadores de frequência, controladores e PLCs. Embora o protocolo USS esteja limitado a máquinas e equipamentos de fabricantes especiais, apresenta vantagens óbvias em termos de modos de compatibilidade e eficiência entre esses dispositivos.
Desempenho e velocidade de transmissão
Em certos casos, o desempenho do protocolo Modbus pode ser limitado pela sua estrutura de ficheiros de dados e pela velocidade de transmissão. Particularmente no modo de comunicação em série, a velocidade de transmissão do Modbus RTU é geralmente baixa, embora possa ser aumentada através do Modbus TCP, mas a latência da comunicação e a largura de banda da rede continuam a ser um fator limitativo.
O protocolo USS é mais eficiente na redução do desempenho do controlador. Devido à sua conceção especializada para accionamentos e PLC da Siemens, o USS pode proporcionar velocidades de comunicação mais rápidas e menor latência entre vários dispositivos. Dedica-se à transmissão de dados para algumas operações efectivas e não à comunicação complexa entre máquinas, pelo que o seu desempenho é significativamente melhor do que o Modbus em determinadas aplicações.
Estabilidade e escalabilidade
A estabilidade do protocolo Modbus é relativamente elevada, especialmente em ambientes de produção industrial, onde se provou ser seguro e fiável durante o funcionamento a longo prazo em várias salas de equipamento. No entanto, a escalabilidade do Modbus é um pouco limitada, especialmente quando é necessário ligar muitos dispositivos e quando são necessários desenhos de algoritmos complexos, uma vez que o Modbus pode não ser capaz de satisfazer requisitos mais complexos.
O protocolo USS demonstra uma estabilidade e fiabilidade relativamente elevadas no controlo das máquinas Siemens, mas a sua escalabilidade é relativamente fraca, uma vez que a sua conceção é crucial para satisfazer as necessidades de equipamento especial das máquinas (como os variadores de frequência Siemens). Se envolver a comunicação entre máquinas de diferentes marcas conhecidas, a gama de aplicabilidade do protocolo USS será muito limitada.
Normas de referência para a seleção de protocolos
Compreender o principais diferenças entre o protocolo Modbus e o protocolo USS é essencial para selecionar o método de comunicação correto para as suas aplicações industriais. O Modbus oferece versatilidade e abertura, tornando-o adequado para diversos ambientes, enquanto o USS se destaca em aplicações especializadas que envolvem acionamentos Siemens. Ao avaliar os seus requisitos e equipamentos específicos, pode tomar uma decisão informada que melhora o desempenho e a fiabilidade do sistema.
