۰ تا ۱۰۰ پروتکل مدباس

مقدمه

 در این مقاله با کاربرد و آموزش و نحوه عملکرد پروتکل مدباس بیشتر آشنا می شوید.

مدباس Modbus یک پروتکل ارتباطی داده است که در سال ۱۹۷۹ توسط شرکت مودیکن (اشنایدر الکتریک کنونی)  منتشر شد. این پروتکل برای استفاده در کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC)مورد استفاده قرار می گیرد. پروتکل مدباس به سرعت به یکی از استانداردهای صنعتی ارتباطی تبدیل گردید و امروزه یکی از رایج‌ترین پروتکل‌های مورد استفاده در اتصال دستگاه‌های الکترونیک صنعتی است. مدباس به صورت رایگان منتشر شده است، که آن را برای شرکت‌ها و توسعه‌دهندگان مقرون‌به‌صرفه می‌کند. همچنین یک پروتکل ساده و قوی است که پیاده‌سازی، یادگیری و آموزش مدباس را سهولت می‌بخشد. علاوه بر این مدباس از طیف گسترده‌ای از رابط‌های ارتباطی پشتیبانی می‌کند، که آن را برای کاربردهای مختلف مناسب می‌سازد. در این فرصت قصد داریم به مباحث پیرامون آموزش مدباس بپردازیم.

آموزش مدباس، یک مهارت ضروری برای مهندسان برق و الکترونیک است.

نحوه عملکرد Modbus

مدباس یک پروتکل ارتباطی است که به عنوان یک زبان مشترک برای برقراری ارتباط بین تجهیزات مختلف عمل می‌کند. این پروتکل اساسا بر پایه معماری Master-Slave طراحی شده، که در آن ارتباط از طریق ارسال درخواست از سوی کنترل کننده Master مانند PLC و دریافت پاسخ از سوی تجهیزات Slave مانند سنسورها، برقرار می‌شود. در این پروتکل، داده‌ها از طریق خطوط ارتباطی مختلف مانند خطوط سریال RS232، RS485، RS422 و همچنین Ethernet، منتقل می‌شوند.

مدباس یک پروتکل ارتباطی صنعتی است که از طریق یک رابط سریال، بین دستگاه‌های Master و Slave ارتباط برقرار می‌کند. در ساده‌ترین حالت، دستگاه Master درخواستی را به دستگاه Slave ارسال و دستگاه Slave پاسخ آن را می‌دهد. داده‌های مدباس به صورت مجموعه‌ای از بیت‌ها ارسال می‌شوند که هر بیت یک مقدار ۰ یا ۱ است. در این ساختار، بیت‌ها با سرعت بالایی ارسال می‌شوند که به طور معمول به ۹۶۰۰ بیت بر ثانیه می‌رسد. برای مثال، فرض کنید که شما به عنوان رهبر یک گروه از افراد هستید و برای برقراری ارتباط با یکدیگر از یک کد مخفی یا همان پروتکل مدباس استفاده می‌کنید. در این مثال، شما نقش کنترل کننده Master را بازی می‌کنید و افراد دیگر گروه نقش تجهیزات Slave را دارند.

در مثالی ساده‌تر شما به عنوان رهبر گروه موسیقی با حرکت چوب از اعضای گروه می‌خواهید تا نت خاصی را بنوازند. اعضای گروه با دیدن حرکت چوب، شروع به نواختن می‌کنند و به نوعی پاسخ می‌دهند. از آنجایی که هر یک از اعضای گروه یکدیگر را با اسم می‌شناسند، هویت گیرنده و فرستنده پیام مشخص است. پروتکل مدباس نیز به همین صورت عمل می‌کند و هر پیامی گیرنده و فرستنده مشخصی دارد.

مدباس یک پروتکل ارتباطی است که به عنوان یک زبان مشترک برای برقراری ارتباط بین تجهیزات مختلف عمل می‌کند.

انواع مدباس

مدباس یک پروتکل ارتباطی داده است که برای اتصال دستگاه‌های الکترونیک صنعتی استفاده می‌شود. از این رو بر اساس نحوه انتقال داده‌ها و رابط ارتباطی مورد استفاده به دو نوع اصلی اترنت و سریال تقسیم می‌گردد.

• مدباس سریال (Modbus Serial)

این نوع مدباس از خطوط ارتباطی سریال برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند. مدباس سریال یک نوع از پروتکل مدباس است که برای ارتباطات سریال (Serial Communication) مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پروتکل برای تبادل داده‌ها و ارتباط بین دستگاه‌های کنترلی در محیط‌های صنعتی استفاده می‌شود.

مدباس RTU (Modbus RTU)

RTU یکی از نسخه‌های پروتکل مدباس است که برای ارتباطات سریال (Serial Communication) مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نسخه از مدباس به عنوان یک پروتکل ارتباطی ساده و باینری برای تبادل داده‌ها بین دستگاه‌های کنترلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این پروتکل داده‌ها به صورت باینری (صفر و یک) ارسال می‌شوند که این امر باعث کاهش حجم داده‌ها و افزایش سرعت انتقال می‌گردد. علاوه بر این RTU برای اطمینان از صحت داده‌ها از مکانیزم بررسی خطا استفاده می‌کند. این مکانیزم با بررسی افزونگی چرخه‌ای از داده‌ها برای تشخیص و جلوگیری از خطاها استفاده می‌شود. پیام‌های RTU می‌بایست به صورت مداوم و بدون تردید بین کاراکترها منتقل شوند تا از ارتباط پایدار و پیوسته بین دستگاه‌ها اطمینان حاصل گردد. همچنین RTU به طور معمول از جداسازی ترانسفورماتور، در هر گره استفاده می‌کند، که باعث جدایی ترانسفورماتورها و جداسازی ولتاژها در هر گره می‌شود.

مدباس RTU به عنوان یک پروتکل ارتباطی متداول در محیط‌های صنعتی برای تبادل داده‌ها و اطلاعات بین دستگاه‌های کنترلی و ابزار دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این پروتکل برای اتصال دستگاه‌های کنترلی به یک واحد پایانه کنترل از راه دور (RTU) در سیستم‌های کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده‌ها (SCADA) استفاده می‌شود.

مدباس اسکی (Modbus ASCII)

این نسخه از مدباس از کاراکترهای اسکی (ASCII) برای ارتباطات پروتکل استفاده می‌کند. در مدباس اسکی، داده‌ها به صورت متنی و به شکل کاراکترها و اعداد ارسال می‌شوند. با استفاده از کاراکترهای اسکی شروع و پایان پیام، مشخص می‌گردد. این شیوه ارتباطی امکان ارسال و دریافت داده‌ها از طریق ارتباطات سریال از جمله RS232 و RS485 را ممکن می‌سازد. Modbus ASCII به عنوان یکی از روش‌های پیاده‌سازی مدباس، از داده‌هایی با قالب مشخصی استفاده می‌کند که با کاراکتر “:” (کولون) شروع و با نوخط (CR/LF) به پایان می‌رسد. این فرمت‌ها به انتقال و تفسیر داده‌ها دستگاه‌ها کمک می‌کنند.

از این نوع مدباس، برای اتصال تجهیزات صنعتی به یکدیگر یا به سیستم‌های کنترلی و مانیتورینگ مبتنی بر ارتباطات سریال استفاده می‌شود. Modbus ASCII برای کاربردهای خاصی که نیاز به ارسال داده‌ها به صورت متنی دارند، مناسب می‌باشد.

مدباس پلاس (Modbus Plus)

مدباس پلاس نوعی شبکه ارتباطی صنعتی است که توسط Modicon توسعه داده شده است. از این شبکه برای ارتباط و اتصال تجهیزات صنعتی و دستگاه‌های کنترلی در محیط‌های صنعتی و تولیدی استفاده می‌شود. به لحاظ فنی، Modbus Plus از یک Token Ring سفارشی RS485 برای ارتباطات خود استفاده می‌کند. مدباس پلاس به عنوان یک شبکه مجازی در محیط‌های صنعتی، برای کنترل و مانیتورینگ فرآیندهای تولیدی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از کاربردهای Modbus Plus می‌توان به اتصال تجهیزات مختلف مانند PLCها، سنسورها و دستگاه‌های کنترلی به یکدیگر و به سیستم‌های کنترلی مرکزی اشاره کرد. این شبکه به بهبود کارایی و دقت در کنترل فرآیندها و جمع‌آوری داده‌ها در محیط‌های صنعتی کمک می‌کند.

پروتکل مدباس پلاس یک پروتکل ساده و باینری است که برای انتقال داده‌ها و ارتباط بین دستگاه‌های کنترلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پروتکل به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد تا به یکدیگر متصل شوند و داده‌ها را به آسانی تبادل کنند.

• مدباس اترنت (Modbus TCP/IP)

از پروتکل مدباس اترنت برای ارتباطات بر روی شبکه‌های Ethernet استفاده می‌شود. این پروتکل از شیوه‌ای استاندارد مبتنی بر پروتکل مدباس بهره می‌برد که به صورت TCP/IP اجرا می‌شود و به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد تا از طریق شبکه اینترنت به یکدیگر متصل شوند.

1. مدباس اترنت از پروتکل انتقال کنترل پیام (TCP) و پروتکل انتقال پیام اینترنت (IP) بهره می‌برد. این باعث ایجاد ارتباطات مستدام و پایدار بین دستگاه‌ها می‌شود. همچنین برای ارتباط بر روی شبکه‌های Ethernet کاربرد دارد. این به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد تا از طریق شبکه‌های Ethernet به یکدیگر متصل شوند. مدباس اترنت امکان انتقال انواع مختلفی از داده‌ها، از جمله داده‌های متنی و باینری را فراهم می‌کند.
2. مدباس اترنت به عنوان یک پروتکل ارتباطی بسیار رایج در صنعت برای اتصال دستگاه‌های کنترلی به شبکه‌های Ethernet و به سیستم‌های کنترلی مرکزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این پروتکل معمولا برای اتصال تجهیزات مختلف مانند PLC‌ها، سنسورها و دستگاه‌های کنترلی به یکدیگر در محیط‌های کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده‌ها (SCADA) استفاده می‌شود.

رابط RS485 و RS232

RS485 و RS232، دو رابط فیزیکی هستند که برای انتقال داده‌های مدباس مورد استفاده قرار می‌گیرند. در انتخاب بین مدباس RS485 و RS232، باید به عوامل مختلفی مانند مسافت بین دستگاه‌ها، سرعت انتقال داده‌ها و تعداد دستگاه‌های مورد نیاز توجه ویژه‌ای شود.

1. RS485، یک رابط فیزیکی دو سیمه است که برای اتصال دستگاه‌های صنعتی در مسافت‌های طولانی کاربرد دارد. این رابط، از یک جفت سیم زوج به هم تابیده برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند. RS485، می‌تواند تا حداکثر ۱۲۰ دستگاه را در یک شبکه پشتیبانی کند. مدباس RS485، یک پروتکل ارتباطی مبتنی بر رابط فیزیکی RS485 می‌باشد. این پروتکل، از سرعت‌های انتقال داده‌ای تا ۱۱۵.۲ کیلوبیت بر ثانیه پشتیبانی می‌کند. مدباس RS485، برای کاربردهایی که نیاز به انتقال داده‌ها در مسافت‌های طولانی دارند، مناسب است.

2. RS232، یک رابط فیزیکی یک سیمه است که برای اتصال دستگاه‌های صنعتی در مسافت‌های کوتاه استفاده می‌شود. این رابط، از یک سیم زوج به هم تابیده برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند. RS232، می‌تواند حداکثر ۱۰ دستگاه را در یک شبکه پشتیبانی کند. مدباس RS232، یک پروتکل ارتباطی مبتنی بر رابط فیزیکی RS232 است. این پروتکل، از سرعت‌های انتقال داده‌ای تا ۹۶۰۰ بیت بر ثانیه پشتیبانی می‌کند. مدباس RS232، برای کاربردهایی که نیاز به انتقال داده‌ها در مسافت‌های کوتاه دارند، مناسب می‌باشد.

از ارتباط RS232 برای مسافت‌های کوتاه و RS485 برای مسافت‌های بلند استفاده می‌شود.

کاربرد مدباس

مدباس یک پروتکل ارتباطی قدرتمند و انعطاف‌پذیر است که در طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پروتکل مزایای متعددی دارد، به همین دلیل، انتظار می‌رود که مدباس همچنان به عنوان یکی از پروتکل‌های ارتباطی اصلی در صنعت باقی بماند.

• اتوماسیون کارخانه:

از مدباس می‌توان برای کنترل دستگاه‌های صنعتی مانند موتورها، شیرها و سنسورها استفاده کرد.

• سنجش و نظارت:

پرتکل‌های مدباس برای جمع‌آوری و انتقال داده‌های سنسورهایی چون دما، رطوبت و جریان کاربرد دارد. به عنوان مثال، می‌توان از مدباس برای جمع‌آوری داده‌های سنسورهای دما در یک نیروگاه استفاده کرد تا بتوان بر عملکرد تجهیزات نظارت داشت.

• مانیتورینگ و کنترل از راه دور:

از مدباس برای ارتباط بین دستگاه‌های صنعتی در یک شبکه از راه دور استفاده می‌شود.

• کنترل دما و رطوبت:

از این پتکل‌ها می‌توان برای کنترل دما و رطوبت در یک ساختمان استفاده کرد. به عنوان مثال، می‌توان از مدباس برای کنترل یک دستگاه تهویه مطبوع استفاده کرد تا دما و رطوبت اتاق را در محدوده مطلوب نگه دارد.

• کنترل تولید:

مدباس می‌تواند برای کنترل تولید در یک کارخانه استفاده شود. به عنوان مثال، می‌توان از مدباس برای کنترل یک موتور صنعتی استفاده کرد تا سرعت و جهت چرخش آن را تنظیم کند.

مدباس یک پروتکل ارتباطی قدرتمند و انعطاف‌پذیر است که در طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این رو آموزش مدباس بسیار حائز اهمیت است.

آموزش پروتکل مدباس

آموزش مدباس، یک سرمایه‌گذاری ارزشمند برای متخصصان حوزه اتوماسیون صنعتی است. از این پروتکل ارتباطی در صنعت استفاده می‌شود تا دستگاه‌های مختلف مانند PLC (کنترل کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی)، سنسورها و تجهیزات دیگر را به کامپیوترها یا سیستم‌های کنترل مرکزی متصل کند. با یادگیری مدباس، می‌توانید به راحتی دستگاه‌های صنعتی را به یکدیگر متصل و داده‌های آنها را جمع‌آوری و کنترل نمایید. مراحل آموزش مدباس به چند حوزه مختلف تقسیم می‌شود که در ادامه به آنها اشاره خواهیم کرد.

• نوع مدباس انتخابی:

ابتدا، می‌بایست نوع مدباس متناسب با زیرساخت شبکه و تجهیزات در اختیار را انتخاب کنید. از مدباس RTU برای خطوط سریال و مدباس TCP برای اترنت استفاده می‌شود. بنابراین بر اساس نیاز‌های پروژه‌تان تصمیم بگیرید که کدام نوع برای شما مناسب‌تر است.

• سخت‌افزار مورد نیاز:

هر نوع از پرتکل‌ها نیازمند سخت‌افزار به خصوصی هستند. برای مدباس RTU، به یک مبدل سریال به USB یا RS485 و برای مدباس TCP، نیاز به تجهیزات شبکه اترنت دارید.

• نصب و تنظیمات:

نرم‌افزارهای Modbus متنوعی برای اتصال و تبادل داده با دستگاه‌ها ارائه می‌شوند. برنامه‌های Modbus Master به شما اجازه می‌دهند تا دستگاه‌های Slave را کنترل و داده‌ها را بخوانید یا بنویسید و دستورات را ارسال کنید. شما باید این نرم‌افزارها را نصب کرده و تنظیمات مورد نیاز را برای ارتباط با دستگاه‌های خود انجام دهید.

• تعریف دستگاه‌ها:

پس از نصب نرم‌افزار Modbus Master، باید دستگاه‌های خود را در برنامه تعریف کنید. برای هر دستگاه شما باید آدرس یا آدرس IP و پورت مربوط به آن را وارد نمایید.

• ارتباط با دستگاه‌ها:

حال که دستگاه‌ها تنظیم شدند، می‌توانید ارتباط برقرار کرده و دستورات را به آنها ارسال کنید. این دستورات می‌توانند شامل خواندن داده‌ها، نوشتن داده‌ها، کنترل وضعیت و دستورات مختلف باشند.

• پیگیری و نظارت:

در هنگام استفاده از مدباس، می‌توانید داده‌ها را مانیتور کرده و پیگیری نمایید تا اطمینان حاصل کنید که دستگاه‌ها به درستی عمل می‌کنند.

• امنیت:

در نهایت، امنیت نیز باید در نظر گرفته شود. مطمئن شوید که دستگاه‌ها و شبکه‌تان محافظت شده‌اند و تنها افراد مجاز، به آنها دسترسی دارند.

با آموزش  مدباس، می‌توانید سیستم‌های کنترل دما، سیستم‌های مانیتورینگ و جمع‌آوری داده را طراحی و پیاده‌سازی کنید.

پیش نیازهای آموزش مدباس

پیش از شروع به آموزش مدباس، باید اطمینان حاصل کنید که شما دارای پیش‌نیازهای مورد نیاز برای این پروتکل هستید. با برخورداری از مفاهیم زیر می‌توانید به طور موثر‌تر و موفق‌تر به یادگیری و استفاده از مدباس بپردازید. آشنایی با این مفاهیم و مهارت‌ها به شما کمک می‌کند تا بهتر درک کنید چگونه مدباس را به کار بگیرید و مشکلات فنی مرتبط با آن را برطرف نمایید.

• مبانی الکترونیک:

اگر تجربه‌ای در زمینه الکترونیک و کنترل صنعتی ندارید، پیشنهاد می‌شود که ابتدا با مفاهیم پایه‌ای الکترونیک و کنترل آشنا شوید. آموزش مدباس شامل مفاهیمی مانند ترانزیستورها، ولتاژ، جریان، مقاومت، تایمرها و انواع سنسورها می‌شود.

• مفاهیم شبکه:

اگر قصد استفاده از مدباس TCP را دارید (مدباس اترنت)، نیازمند کسب دانش در زمینه شبکه‌ها و پروتکل‌های شبکه مانند TCP/IP هستید. همچنین باید با مفاهیمی مانند IP آدرس، پورت، پروتکل UDP و TCP آشنا گردید.

• دانش کامپیوتری:

در صورتی که از نرم‌افزارهای کامپیوتری برای تنظیم و مدیریت دستگاه‌های مدباس استفاده می‌کنید، می‌بایست به دانش کامپیوتری کاملا مسلط گردید. این شامل توانایی نصب و پیکربندی نرم‌افزارها، تعیین وضعیت ارتباط شبکه و رفع مشکلات فنی است.

• سخت‌افزار مرتبط:

برای اتصال به دستگاه‌های مدباس، می‌توانید از سخت‌افزارهای مرتبط مانند مبدل‌های سریال به USB یا RS485 یا تجهیزات شبکه اترنت استفاده کنید. باید از این سخت‌افزارها آگاهی داشته و از توانایی نصب و پیکربندی آنها برخوردار باشید.

• مستندات مدباس :

مدباس یک پروتکل مستندی است و شما باید به مستندات مربوط به نسخه مورد استفاده خود دست یابید. این مستندات شامل توضیحات دقیق در مورد دستورات و پروتکل‌های مدباس می‌شوند.

• تجهیزات و تست بنچ‌مارک:

برای تمرین و تست مدباس، نیاز به تجهیزات فیزیکی و یا محیط شبیه‌ سازی دارید. مطمئن شوید که این تجهیزات را در اختیار دارید.