December 27, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
DIPLOMADO INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL EN PLANTAS DE PROCESOS Módulo 4 Control de Procesos y Redes
Docente: Ing. Milton Montaño Salaverry Correo: miltonfms@gmail
[email protected] .com Cel.: 78469269
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PROTOCOLO MODBUS Origen de Modbus Que es Modbus? Modbus Mod bus mod modelo elo ISO PROTOCOLO MODBUS/TCP Características Característic as de la red. www.inegas.edu.bo
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ORIGEN DEL MODBUS •
Hasta los años 60, el control industrial se venía realizando mediante 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 protocolo Modbus Modbus va ligada a la historia de los PL PLCs. Cs. El PLC (Controlador Lógico Programable) apareció con el propósito de eliminar el enorme costo que significaba el mantenimiento de un sistema de control electromecánico electrome cánico (basado en relés) a finales de los años 60. La empresa Bedfor d Associates (Bedfor (Bedford, d, las MA)maniobras propuso ade General Motors un sistema queBedford permitía realizar cambios en un equipo de control sin necesidad de modificar el cableado. A este sistema le dio el nombre de: Modular Digital Digital Controlle Controllerr, o MO MODICON. DICON. El MODICON 084 fue el primer PLC producido comercialmente.
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ORIGEN DEL MODBUS La po posi sibi bili lida dad d de comu comuni niccar equi equipo poss apar aparec eció ió por por el añ año o 1973 1973.. El prim primer er si sist stem ema a que que lo hiz hizo se serv rvir ir fué Mo Mod dbus de Modic odico on. Perm rmit itía ía estab able lece cerr comu mun nicac icacio ione ness Mae aesstr troo-E Esc scla lav vo y Client Clie nte-S e-Serv ervido idorr entre entre dispo disposit sitivo ivoss inteli intelige gent ntes es y con con dispo disposit sitivo ivoss de cam campo po (Tra (Trans nsmit mitir ir señ señale aless digitales, analógicas, registros e información de estado entre ellos) La po posi sibi bili lida dad d de co cone nect ctar ar los los autó autóma mattas entr entre e sí perm permit itió ió el elim imin inar ar cas asii todo odo el ca cabl blea eado do de co cont ntro roll en entr tre e má máqu quin inas as,, qu qued edan ando do so sola lame ment nte e un una a lín línea ea de comu comuni nica caci ción ón en entr tre e ella ellas. s. A tr trav avés és de ésta se podía coordinar el funcio ion namiento de todos los componentes de un sis isttema, programar a distancia, supervisar remotamente, diagnósticar todos los elementos conectados,etc. Debido Deb ido a las dificu dificult ltade adess que que siemp siempre re han pres presen enta tado do los siste sistemas mas cer cerra rado doss (pro (propie pietar tarios ios), ), en 1979, Mod 1979, Modico icon n publi publicó có de forma forma abiert abierta a y es esta tand ndari arizó zó el prot protoco ocolo, lo, ga ganan nando do inm inmed ediat iatame ament nte e seguid seg uidor ores es en la indus industri tria, a, deb debido ido a que que::
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Fá Fácil cil y rápid rápido o de imp implem lemen enta tarr
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El cód código igo era era total totalme ment nte e abiert abierto o y lib libre re de ro royal yaltie tiess
•
Intercambio
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sencillo
de
información
entre
equipos
Modbuss defin Modbu define e una estru estructu ctura ra de men mensaj saje e que que los con contr trola olador dores es pod podrá rán n reco recono nocer cer y ut utiliz ilizar ar si sin n te tene nerr en cu cuen enta ta el tipo tipo de red red qu que e és ésto toss ha hará rán n se serv rvir ir pa para ra comu comuni nica cars rse. e.
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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 disposi dis positiv tivos os electr electróni ónicos cos indus industri triales ales..
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QUE ES MODBUS Las razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros prot pr otoc ocol olos os de comu comuni nica caci cion ones es son: son: •
Es públ públic ico o
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Su impl implem emen enta taci ción ón es fácil ácil y requi equier ere e poc poco desa desarr rrol ollo lo
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Mane Ma neja ja bloq bloque uess de dato datoss sin sin supo supone nerr restr estric icci cion ones es
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Basado Basa do en la arqu arquit itec ectu turra maes maestr tro/ o/esc escla lavo vo o cl clie ient nte/ e/ser servi vido dorr. Existen versi sio ones del protocolo Modb odbus para puerto serie y Ethernet (Modbus/TCP).
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Modb Mo dbus us mo mode delo lo ISO
Modbus con enlace serie, opera de 1200bps a
56Kbps con método m étodo de acceso m maestro/escla aestro/esclavo vo
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Modb Mo dbus us mo mode delo lo ISO
el Modb Mo dbus us Pl Plus us. Es un bus que opera a 1Mbps y el método de acceso está basado en Token-Ring
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Modb Mo dbus us mo mode delo lo ISO
Modbus Ethernet TCP/IP. Utiliza la capa física
Ethernet con velocidades de 10 Mbps y 100 Mbps y protocol prot ocolos os TCP/I TC P/IP P.
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Ej. Arquitectura de una red Modbus
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CABLEADO Y ACCESO AL MEDIO Cuando La comunic comunicación ación es del tip tipo o Maestr Maestro-Esclav o-Esclavo. o. Un maes maestro tro 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: •
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Interfaz RS232:Cableado punto a punto basado en el estándar TIA/EIA-232-E. Utiliza Utilizado do para distancias cortas cortas y comunicaci comunicación ón entre dos equipos. Interfaz RS485: Cableado multipunto basado en el estándar TIA/EIA-485-E. Es un bus con la línea de comunicación comunicación balancea balanceada da (permite ma mayores yores dis distancias tancias que la comunic comunicación ación RS232) y con varios participantes simultá simultáneos neos (Las direcciones válidas van desde 0 a 247).
Habitualmente se implementa mediante 2 hilos, pero también existe la posibilidad de utilizar utili zar un ccablea ableado do de 4 hi hilos. los. www.inegas.edu.bo
CABLEADO Y ACCESO AL MEDIO Cunado el acceso al medio se realiza mediante un modelo maestro/esclavo. Un nodo pri princ nciipal (maestro) realiza peticiones explícitas a cada uno de los esclavos y pr pro ocesa sus resp respue uessta tas. s. Lo Loss es escl cla avo voss no tran transm smit itir irán án nunc nunca a da dattos a no se serr qu que e sean sean pr preg egun unttad ados os po porr el maestro y no podrán comunicarse entre s í. En cuanto al formato de los datos que se transmiten por la red, se distingue uen n dos tipos de modos mod os de tr trans ansmis misión ión:: •
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RTU (Remote Terminal Unit ):Formato de transmisión binario (8 bits de datos en cada byte byt e tr trans ansmit mitido ido). ). 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 co codi difi fica ca co con n un cará caráct cter er AS ASCI CIII (car (carác ácte terr he hexa xade deci cima mall repr repres esen enta tado do en ASCI ASCII) I)..
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PROTOCOLO MODBUS/TCP •
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Dado a las diversas diversas prestaci prestaciones ones y beneficio beneficioss que ofrece ofrece el Protoc Protocolo olo Modbus/T Modbus/TCP CP en las redes redes industri industriales ales es que se ha optado optado por por él. Modbus/TCP es un protocolo Modbus/TCP protocolo de comunicación diseñado para permitir permitir a equipos industriales industriales tales como PLCs, PLCs, computadores, computadores, drivers drivers para motores y otros tipos tipos de dispositivos dispositivos físicos de entrada/salida entrada/ salida comunicarse sobre una red. Fue introducido introducido por Schneider Automation Automation como una variant vari ante e de la famil familia ia de protocol protocolos os MODBUS, MODBUS, ampliame ampliamente nte usada para la supervisi supervisión ón y el control control de equipo de automatización. automatización. Específicamente Específicamente el protocolo protocolo define define el uso de mensajes MODBUS MODBU S en un entorno entorno intranet intranet o internet internet usando usando los protoc protocolos olos TCP/IP TCP/IP.. La especificación Modbus/TCP define un estándar interoperable interoperable en el campo de la automatización automatiz ación industrial, el cual es simple de implementar implementar para cualquier dispositivo que soporte sockets TCP/IP. Todas las solicitudes son enviadas vía TCP sobre el puerto registrado 502 y normalmente normalment e usando comunicación half-duplex sobre una conexión dada. Es decir decir,, no hay beneficio en enviar solicitudes adicionales sobre una conexión única mientras mientras una respuesta está pendiente.
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ARQUITECTURA DE LA RED •
Modbus/TCP básicamente encapsula una trama MODBUS dentro de una trama trama TCP en una manera manera simple com como o se muest muestra ra en la figura figura a continuación.
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Mecanismo de conexió conexión n •
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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 otro lado, lado, las oper operacion aciones es de progr programaci amación ón espe esperan ran una una comunic comunicación ación orientada a la conexión, conexión, es decir decir,, las máquinas de origen y de d destino estino deb deben en establecer un canal de comunicaciones comunicaciones antes d de e tran transfe sferir rir dat datos. os. 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.
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TOPOLOGIA DE LA RED •
Dado que los sist sistemas emas indu industr striales iales usualmente consisten de dos o más dispositivos, este puede ser bastante grande, por lo que debe consider con siderarse arse la topo topología logía de la rred. ed. Las topologías más comunes son: La Red Bus, Red E Estrella, strella, R Red ed Arbol y Red Híbrida.
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Códigos de Función Función Estándares Estándares •
La definición de cada código de función f unción estándar está en la especificación. Incluso para los códigos de función más comunes, existen discrepancias inevitables entre las funciones habilitadas en el maestro y lo que el esclavo puede manejar manejar.. Para solucionar esto, las versiones anteriores anteriores de la especificación Modbus Modbus TCP definen tres clases de conformidad. La Especificación de Pruebas de Compatibilidad Modbus oficial no hace refer referencia encia a estas estas clases y en su define lapara compatibilidad en cada función; sinque embargo, puede serlugar conveniente comprenderlo. comprenderlo. Se recomienda cualquier documento siga la especificación de pruebas y determine su compatibilidad con los códigos que soportan, en lugar de con las clasificaciones de legado.
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Códigos de Función Función Estándares Códigos Clase 0 Los códig igo os Clase 0 generalmente son considerados el mínimo para un dispositivo Modbus útil, ya que dan a un maestro la habilidad de leer o esc es cri ribi birr en el mo mode dello de da dattos os..
Código
Descripción
3
Leer Múltiples Registros
16
Escribir a Múltiples Registros
Compatibilidad con Códigos Clase 0
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Códigos de Función Función Estándares Códigos Clase 1 Los có cód dig igos os de fu fun nci ció ón Cl Cla ase 1 co con nsi sist sten en en lo los s otr tro os có cód dig igo os nece cesa sari rio os para tene nerr acc cces eso oa todos los tipos del modelo de datos. En la definición original, esta lista incluye el código de func fu nció ión n 7 (l (le eer ex exc cep epci ció ón) n).. Sin emb mba arg rgo, o, est ste e có códi dig go es defi fini nid do por la esp spec ecif ific icac aciión ac actu tual al como co mo un có códi digo go pa para ra se seri rial al ún únic icam amen ente te.. Código
Descripción
1
Leer Bobinas
2
Leer Entradas Discretas
4
Leer Registros de Entrada
5
Escribir a Bobina Individual
6
Escribir a Registro Individual
7
Leer Estado de Excepción (únicamente serial)
Compatibilidad con Códigos Clase 1
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Códigos de Función Función Estándares Códigos Clase 2 Los códigos de función Clase 2 son funciones más especializadas que son implementadas con menos frecuencia. Por ejemplo, Leer/Escribir Múltiples Registros puede ayudar a reducir el número total de ciclos de solicitud-respuesta, pero el comportamiento aún puede ser implementado con códigos Clase 0. Desc De scri ripc pció ión n
de Có Códi dig go
15
Escribir a Múltiples Bobinas
20 21
Leer Registro de Archivo Escribir a Registro de Archivo
22
Escribir a Registro con Máscara
23
Leer/Escribir Múltiples Registros
24
Leer FIFO
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Compatibilidad con Códigos Clase 2
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Configuración Configura ción de Cables para Modbus RS 232 •
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Conector DB 9 AWG 22 /Single ended Distancia Dist ancia Max: Max: 15 mts a 19.19 Kbps Equipo : punto a punto. 1 Transmite 1 recibe Comn.: Full dúplex Volt. -+9V/ –9V
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Configuración Configura ción de Cables para Modbus RS 422 •
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AWG 24 / single ended / multi-drop Equipos: 1 transmite 10 recibe
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Comn.: full dúplex / halfmts dúplex. Distancia Max. : 1200 a 100 kbps Voltaje: −6V to +6V
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Configuración Configura ción de Cables para Modbus RS 485 •
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AWG 22 / multi-drop Equipos: hasta 32 estaciones ( con interfaz interfaz hasta 256 equipos) Comn: half duplex duplex Distancia Max.: 1200 Mts. a 10 Mbps Voltaje Vol taje : - 5 V a +5 V
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Topología de estrella estrella •
En una topología de estrella, cada controlador LTM R se conecta a un conmutador ext xter erno no,, de la si sigu guie ient nte e ma mane nerra:
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Topología de encadenamiento (Daysi Channel) •
Debido a que los controladores LTM R tienen un conmutador Ether therne nett de dos dos puer puerttos in inttegr egrado, do, la top opol olo ogía de en enccadena denami mien entto, o b s uta Eatdhoerrenset,ni cnooncentnreacdeosrietas counmut nm entre ent re los contr controla olador dores es
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Topología de anillo anillo •
Una topología de anillo es un encadenamiento donde el último contro trolad lador de la cad ade ena hace un bucle cle ha haci cia a el co conm nmut utad ador or ce cent ntra ral. l. La to topo polo logí gía a de an anill illo o of ofre rece ce redu redund ndan anci cia. a. Si la red red falla falla en cual cualq quie ierr punto, lo loss seg segmentos de la rfun edcionan ennando cudo alqcom uiero p rtelogías días el de falles o trell siella guaen funcio como topo toapolog estr o encadenamiento encadenam iento por separado separado::
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Conexión Cone xión Modb Modbus us TCP IP Inalám Inalámbrico brico •
Conexión Cone xión Modbus TCP/ TCP/ IP Inalámbric Inalámbrico o
•
La principal función es actuar como un puente inalámbrico IEEE 802.15.4 dentro de las tradicionales redes cableadas Modbus RTU sobre RS485, proporcionando a dichas redes la versatilidad y facilidad de instalación de las redes inalámbricas de sensores (WSN, en inglés).
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GR
I S…
