Modbus RTU

Nedir

Modbus, endüstriyel kontrol cihazları arasında süreç verisi alışverişi için tasarlanmış bir protokoldür; 1979'da Modicon tarafından geliştirilmiştir ve uygulama katmanında çalışır. Modbus Organization'ın kendi tanımıyla, OSI modelinin 7. seviyesinde konumlanan bir uygulama katmanı mesajlaşma protokolü olarak veri yolları veya ağlar üzerinden bağlı cihazlar arasında istemci/sunucu haberleşmesi sağlar.

Modbus'ın kalıcılığının nedeni sadeliğidir. Kırk yılı aşkın süredir sahada olan bu protokol, bir cihazın içindeki veriyi numaralandırılmış kayıtlar olarak görür ve bunları okuyup yazmak için küçük bir komut kümesi tanımlar. Öğrenmesi bir günü almaz, ve neredeyse her cihazda bir Modbus arayüzü bulunur.

Seri hat üzerinde iki aktarım biçimi vardır: ASCII ve RTU. Kuruluşun kendi ifadesiyle ASCII çerçeveleri RTU çerçevelerinin neredeyse iki katı bit gerektirir, bu da Modbus ASCII'yi Modbus RTU'dan yavaş kılar. Endüstriyel uygulamada bu yüzden pratikte RTU kullanılır — ikili, sıkı paketlenmiş çerçeveler.

Nasıl çalışır

Modbus bir master/slave modeli üzerine kuruludur. Kuruluşun tarihsel tanımıyla bir PLC master Modbus cihazı olarak çalışır, diğer bütün cihazlar Modbus slave olarak davranır. Trafiği başlatan her zaman master'dır: bir slave kendiliğinden konuşmaz, yalnızca sorulduğunda yanıt verir.

Bu tek kural, protokolün bütün davranışını belirler. Çakışma yönetimi gerekmez, tahkim mekanizması gerekmez, ağ yapılandırması gerekmez. Buna karşılık bir olayın master'a ulaşması, master'ın o cihazı bir sonraki sorgulamasına kadar bekler; olay-tetiklemeli bir mimari kurmak için uygun bir taban değildir. Aynı hat üzerinde 247'ye kadar ayrı Modbus slave cihazı bulunabilir.

Fiziksel katman tarafında Modbus özgür bırakılmıştır: kuruluşun ifadesiyle EIA/TIA-232, EIA/TIA-485 ve (TCP/IP üzerinden) Ethernet dahil olmak üzere daha alt seviyedeki herhangi bir haberleşme protokolüyle uyumludur. Sürücü uygulamalarında pratikte iki kablolu RS-485 kullanılır: çok noktalı, uzun mesafeye dayanıklı, ucuz.

Veri modeli dört tablodan oluşur: dijital çıkışlar (“coil”), dijital girişler (“contact”), analog giriş kayıtları ve tutma kayıtları (“holding register”). Tutma kayıtları 16 bit genişliğinde okuma-yazma verilerdir ve uygulama programı tarafından değiştirilebilir. Bir sürücüde hız referansı, rampa süreleri, akım limiti gibi parametreler pratikte bu tutma kayıtlarına düşer.

Burada mühendisin bilmesi gereken bir gerçek vardır: Modbus, kayıtların ne anlama geldiğini tanımlamaz. CANopen'daki CiA 402 gibi bir cihaz profili yoktur. Hangi kaydın hız referansı, hangisinin durum kelimesi olduğu üreticinin kendi haritasında yazar. Bu yüzden Modbus entegrasyonunda ilk iş kayıt haritasını edinmektir; protokolün kendisi zaten basittir, iş cihazın haritasındadır.

Ne zaman seçilir

Modbus RTU, haberleşmenin makinenin çevrim kritik yolunda olmadığı yerlerde doğru seçimdir: bir sürücüye hız referansı vermek, durumunu okumak, bir alarmı almak, bir reçete parametresini yazmak. Tek eksenli veya birkaç eksenli, eksenler arası sıkı senkronizasyon istemeyen makinelerde fazlasıyla yeterlidir.

İkinci güçlü kullanım alanı entegrasyondur. Var olan bir tesise bir cihaz eklerken orada zaten bir Modbus hattı bulunma olasılığı yüksektir; yeni bir saha veri yolu kurmadan bağlanabilmek çoğu zaman teknik üstünlükten daha değerlidir.

Buna karşılık, eksenlerin birbirine göre hizalı hareket etmesi gereken hiçbir uygulamada Modbus RTU doğru katman değildir. Sorgula-yanıtla modeli belirlenimci bir çevrim tabanı sunmaz; bu iş için CANopen ya da EtherCAT kullanılır. Aynı şekilde olay-tetiklemeli hızlı tepki gereken yerlerde de polling gecikmesi belirleyici olur.

SMB tarafında

SMB kataloğunda Modbus RTU, SD-LP ailesinin varyantlarıyla ve RS-485/RS-232 arayüzü taşıyan ürünlerle temsil edilir. SD-LP ailesi aynı sürücüyü Modbus RTU, CANopen ve EtherCAT varyantlarıyla sunduğu için, Modbus RTU ile devreye alınmış bir makine ileride aynı aile içinde daha belirlenimci bir protokole taşınabilir — motorlar, kablolar ve mekanik tasarım aynı kalır.

Kayıt haritaları ürün dokümanlarında yayınlanır; entegrasyona başlamadan önce ilgili ürünün doküman sekmesinden indirilmelidir.

Aşağıdaki ürün listesi kataloğun Modbus düğümünden canlı üretilir.

Sık sorulanlar

RTU mu ASCII mi? Endüstriyel uygulamada RTU. Kuruluşun kendi ifadesiyle ASCII çerçeveleri RTU çerçevelerinin neredeyse iki katı bit gerektirir, bu da Modbus ASCII'yi daha yavaş kılar. ASCII'nin tek pratik üstünlüğü çerçevelerin insan tarafından okunabilir olmasıdır; bu da bir üretim hattında değil, hata ayıklama sırasında işe yarar.

Aynı hatta kaç cihaz bağlayabilirim? Modbus tek bir ağda 247'ye kadar ayrı slave cihazı destekler. Pratik sınır genellikle bu sayı değil, her cihazı sırayla sorgulamanın toplam süresidir: cihaz sayısı arttıkça bir cihazın iki sorgusu arasındaki süre uzar.

Kayıt haritası nereden gelir? Modbus, kayıtların ne anlama geldiğini tanımlamaz — CANopen'daki CiA 402 gibi bir cihaz profili yoktur. Hangi kaydın hız referansı, hangisinin durum kelimesi olduğu üreticinin kendi haritasında yazar. Bu yüzden entegrasyona ürün dokümanındaki kayıt haritasıyla başlanır.

RS-485 mi RS-232 mi? Sürücü uygulamalarında pratikte iki kablolu RS-485 kullanılır: çok noktalıdır, uzun mesafeye dayanır ve tek bir hatta birden çok cihaz bağlanmasına izin verir. RS-232 noktadan noktaya bir bağlantıdır; tek bir cihazla, kısa mesafede, çoğunlukla servis ve devreye alma amaçlı kullanılır.

Modbus ile eksen senkronizasyonu yapabilir miyim? Hayır, ve denenmesi de önerilmez. Sorgula-yanıtla modeli belirlenimci bir çevrim tabanı sunmaz. Eksenlerin birbirine göre hizalı hareket etmesi gereken her yerde CANopen ya da EtherCAT kullanılır.

Modbus TCP ile Modbus RTU aynı şey mi? Uygulama katmanındaki mesajlaşma ve kayıt modeli aynıdır; farklı olan taşıma katmanıdır. Modbus, daha alt seviyedeki herhangi bir haberleşme protokolüyle uyumludur; EIA/TIA-232 ve EIA/TIA-485'in yanı sıra TCP/IP üzerinden Ethernet de bunlara dahildir. Yani bir cihazın kayıt haritasını öğrendiyseniz, o bilgi taşıma katmanı değişse de geçerliliğini korur.