4. MODBUS

Redes de Control: Profibus, Ethercat y Modbus

• Modicon (actual Schneider Electric) desarrolló Modbus en 1979, inicialmente para comunicar los PLC de la compañía.
• Modbus es un estándar de facto usado en muchas aplicaciones industriales por su simplicidad de implementación y mantenimiento.
• Modbus presenta diferentes versiones: RTU, ASCII, TCP, y Modbus+.
• Modbus IDA es soportado por la organización Modbus (www.modbus.org)
• Modbus es un protocolo de capa de aplicación.
• Modbus define reglas para organizar e interpretar datos.
• Modbus soporta el envío de mensajes, independientemente de la capa física.
• Modbus permite la transferencia de mensajes a través de otras redes mediante encapsulación.
• Modbus serie puede funcionar sobre cualquier medio, aunque está diseñado principalmente para RS-485.
• Modbus serie utiliza una topología maestro-esclavo.
• No hay discriminación entre tráfico en tiempo real y en tiempo no real.
• La dirección de los dispositivos Modbus se configura manualmente.
• El protocolo usa resistencias de fin de línea para evitar reflexiones.
• La longitud máxima del bus es de 1200 metros.
• El número máximo de dispositivos es 247. Más allá de 30 dispositivos, se recomiendan repetidores.

Formato de trama Modbus

• Maestro y esclavo intercambian tramas de un tipo específico.
• Campos de trama: Dirección, Código de función, Datos enviados/recibidos, Código de control de error.
• Dirección: Un byte con valores entre 1 y 247.
• Funciones: Un byte que especifica el tipo de mensaje. (por ejemplo, código 3 indica lectura de registros). -Datos: Dependiendo de la función, pueden contener datos.
• CRC: Dos bytes de comprobación de errores.
• Se añaden delimitadores (al menos 1'75 bytes) al principio y al final de cada trama.
• Se incluye un bit de inicio, 8 bits de datos, un bit de paridad (opcional), y 1 o 2 bits de parada.

Pila de Protocolos Modbus

• Modbus se ejecuta sobre diferentes capas.
• Se utiliza TCP o IP.
• Modbus on TCP usa Ethernet/UDP/IP
• Modbus usa RS485 para la capa física.

Modbus TCP

• Modbus TCP se encapsula en un paquete TCP utilizando el puerto 502.
• Este encapsulamiento no discrimina entre tipos de tráfico.
• Se pueden utilizar distintos tipos de conexiones de cliente-servidor.
• El modelo cliente-servidor se utiliza en lugar del modelo maestro-esclavo.
• Existen distintos tipos de mensajes que se intercambian (Petición, Confirmación, Indicación, Respuesta).
• Campos: Identificador de transacción, Identificador de protocolo, Longitud, Código de unidad.

Funciones y Registros

• Los datos están divididos en cuatro tipos básicos: Coils, Inputs, Input Registers, Holding Registers.
• La estructura básica de direcciones (0xxxx, 1xxxx, 3xxxx, 4xxxx) sirve para identificar estos tipos.
• Las funciones más comunes incluyen: Read Coil, Read Holding Registers, Read Input Registers, Force Single Coil, etc.
• Las direcciones con formato referencia son más completas, incluyendo el tipo de dato y la dirección.
• Se distinguen formato referencia y formato dirección (simplificado).

Modbus Exception Codes

• Modbus usa códigos de excepción para reportar errores, evitando tiempos de espera.
• Existen diferentes códigos para reportar desde fallas en la función a fallas en hardware.

Tabla resumen de protocolos

• Hay protocolos como Serie ASCII, Serie RTU, y TCP con características diferentes en velocidad, longitud de red máxima, sincronía y asentimiento.