Protocolo Modbus: Historia, Funcionamiento y Aplicaciones, Diapositivas de Sistemas Monetarios

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PROTOCOLO MODBUS

ORIGEN DEL MODBUS

Hasta los años 60, el control industrial se venía realizando mediante lógica

cableada a base de relés electromecánicos. El desarrollo de la electrónica hizo

posible la implantación de los dispositivos con microprocesador, también

llamados Autómatas Programables o Controladores Lógicos Programables.

La historia del protocolo Modbus va ligada a la historia de los PLCs. El PLC

(Controlador Lógico Programable) apareció con el propósito de eliminar el

enorme costo que significaba el mantenimiento de un sistema de control

electromecánico (basado en relés) a finales de los años 60.

La empresa Bedford Associates (Bedford, MA) propuso a General Motors un

sistema que permitía realizar cambios en las maniobras de un equipo de control

sin necesidad de modificar el cableado. A este sistema le dió el nombre

de: Modular Digital Controller , o MODICON. El MODICON 084 fue el primer PLC

producido comercialmente.

QUE ES MODBUS

• (^) Modbus es un protocolo de comunicaciones situado en el nivel 7 del Modelo OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor, diseñado en 1979 por Modicon para su gama de controladores lógicos programables (PLCs). Convertido en un protocolo de comunicaciones estándar de facto en la industria es el que goza de mayor disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicosindustriales. Las razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros protocolos de comunicaciones son:
• (^) es público
• (^) su implementación es fácil y requiere poco desarrollo
• (^) maneja bloques de datos sin suponer restricciones

QUE ES MODBUS

Modbus permite el control de una red de dispositivos, por ejemplo un sistema de medida de

temperatura y humedad, y comunicar los resultados a un ordenador. Modbus también se usa

para la conexión de un ordenador de supervisión con una unidad remota (RTU) en sistemas

de supervisión adquisición de datos (SCADA). Existen versiones del protocolo Modbus para

puerto serie y Ethernet (Modbus/TCP).

Existen dos variantes, con diferentes representaciones numéricas de los datos y detalles del

protocolo ligeramente desiguales. Modbus RTU es una representación binaria compacta de

los datos. Modbus ASCII es una representación legible del protocolo pero menos eficiente.

Ambas implementaciones del protocolo son serie. El formato RTU finaliza la trama con un

suma de control de redundancia cíclica (CRC), mientras que el formato ASCII utiliza una suma

de control de redundancia longitudinal (LRC).

La versión Modbus/TCP es muy semejante al formato RTU, pero estableciendo la transmisión

mediante paquetes TCP/IP (puerto del sistema 502, identificador asa-appl-proto )^1

CABLEADO Y ACCESO AL MEDIO

Modbus hace servir RS-232C, que define las características físicas de la conexión. La comunicación es del tipo Maestro-Esclavo. Un maestro Modbus puede ser un ordenador central o un Panel de Operador, mientras que un esclavo puede ser un autómata programable. A nivel físico (cableado y estructura de red) se pueden presentar distintas variantes de cableado:

• (^) Interfaz RS232: Cableado punto a punto basado en el estándar TIA/EIA-232-E. Utilizado para distancias cortas y comunicación entre dos equipos.
• (^) Interfaz RS485: Cableado multipunto basado en el estándar TIA/EIA-485-E. Es un bus con la línea de comunicación balanceada (permite mayores distancias que la comunicación RS232) y con varios participantes simultáneos (Las direcciones válidas van desde 0 a 247). Habitualmente se implementa mediante 2 hilos, pero también existe la posibilidad de utilizar un cableado de 4 hilos.

CABLEADO Y ACCESO AL MEDIO

El acceso al medio se realiza mediante un modelo maestro/esclavo. Un nodo principal (maestro) realiza peticiones explícitas a cada uno de los esclavos y procesa sus respuestas. Los esclavos no transmitirán nunca datos a no ser que sean preguntados por el maestro y no podrán comunicarse entre sí. En cuanto al formato de los datos que se transmiten por la red, se distinguen dos tipos de modos de transmisión:

• (^) RTU ( Remote Terminal Unit ):Formato de transmisión binario (8 bits de datos en cada byte transmitido). Es el formato habitual para la transmisión de datos entre equipos.
• (^) ASCII: Formato basado en caracteres ASCII, en que cada grupo de 4 bits del formato RTU se codifica con un carácter ASCII (carácter hexadecimal representado en ASCII).

ARQUITECTURA DE LA RED

• Modbus/TCP básicamente encapsula una

trama MODBUS dentro de una trama TCP en

una manera simple como se muestra en la

figura a continuación.

ARQUITECTURA DE LA RED

• (^) Mecanismo de conexión:

MODBUS es un protocolo maestro/esclavo en el que cada solicitud del maestro es tratada

de forma independiente por el esclavo, sin relación con las anteriores. Esto facilita proveer

transacciones de datos resistentes a rupturas, requiriendo mínima información de

recuperación para mantener una transacción en cualquiera de los dos terminales.

De otro lado, las operaciones de programación esperan una comunicación orientada a la

conexión, es decir, las máquinas de origen y de destino deben establecer un canal de

comunicaciones antes de transferir datos.

En Modbus/TCP una conexión se establece inicialmente en la capa de aplicación y esta

única conexión puede llevar múltiples transacciones independientes. En Modbus/TCP se

usa el protocolo orientado a la conexión TCP en lugar del protocolo orientado a

datagramas UDP.

TOPOLOGIA DE LA RED

SCADA CON MODBUS