آشنایی با شبکه صنعتی مدباس

آشنایی با شبکه صنعتی مدباس (Modbus)

امروزه با گسترش و پیشرفت سیستم های اتوماسیون صنعتی لزوم بر ایجاد شبکه ای قابل اطمینان بین اجزای این سیستم امریست غیر قابل اجتناب.
مدباس (Modbus) یک ارتباط سریال می باشد که اولین بار در سال 1979 توسط کمپانی Modicon معرفی و عرضه شد. این شبکه قدیمی که در مقایسه با شبکه های صنعتی دیگر (Profibus, Ethernet, Foundation Fieldbus,…) نسبتا کند می باشد اما دارای مزایای می باشد که رقبای آن هنوز قادر به کنار زدن این شبکه صنعتی نشده اند.
از مزایای Modbus می توان به سادگی اتصالات و همچنین گستردگی و تنوع زیاد تجهیزات سازندگان که از این شبکه پشتیبانی میکنند و همچنین سهولت در برقراری ارتباط اشاره نمود.

انواع پروتکل های مدباس:

•    Modbus RTU / ASCII
•    Modbus Plus
•    Modbus TCP / IP

پروتکل RTU/ASCII به علت انعطاف پذیری بالا و سادگی اتصالات و همچنین پشتیبانی سازندگان مختلف از پر کاربردترین پروتکل های مدباس می باشد، این پروتکل بر بستر RS485 , RS422 , RS232 کار می کند. پروتکل TCP/IP نسبت به پروتکل RTU/ASCII سرعت بالاتری دارد ولی بر بستر اینترنت کار می کند. پروتکل Modbus Plus یک پروتکل بسته و اختصاصی می باشد لذا کاربرد کمتری نسبت به پروتکل های دیگر دارد.

لایه ی فیزیکیRS 232 :

در این لایه فیزیکی می توان تنها دو وسیله با فاصله کم را با سرعت کم به یکدیگر متصل نمود. در این بستر برای کنترل سخت افزاری از 7 رشته سیم و برای کنترل نرم افزاری از 3 رشته سیم مطابق اشکال زیر استفاده می شود.

بستر فیزیکی RS 485 / RS 422 :

بستر فیزیکی RS 485 , RS 422 نسبت به RS 232 نویز پذیری کمتری دارند همچنین می توان با سرعت و طول بیشتر تجهیزات را به هم متصل کرد. در بستر RS 485 می توان 32 وسیله را با دو رشته سیم (Half Duplex) به یکدیگر ارتباط داد و در بستر RS 422 تنها یک فرستنده به 10 گیرنده به وسیله 4 رشته سیم (Full Duplex) متصل می شود. مطابق دیاگرام های زیر:

در ارتباط دیجیتال لازم است که علاوه بر استانداردهای فیزیکی، استانداردهای دیگری را ایجاد نمود تا فرستنده و گیرنده به یک زبان مشترک برسند و پیام ها برای یکدیگر قابل فهم باشد. لذا در ادامه به مفاهیم دیگری در خصوص استانداردهای مدباس خواهیم پرداخت.

سنکرون (Synchronous  ) یا آسنکرون (Asynchronous  ) بودن ارتباط

در ارتباط سنکرون گیرنده و فرستنده با هم همزمان (Real time) می شوند و بر اساس نظم خاصی ارسال و در یافت صورت می گیرد اما در روش آسنکرون همزمانی وجود ندارد ولی به واسطه ی کدهای خاصی در ابتدا و انتهای کاراکتر (Stop bit, Start bit)، گیرنده متوجه ابتدا و انتهای پیام می گردد.
روش آسنکرون به علت مقرون بصرفه تر بودن پرکاربردتر می باشد.

آشکار سازی خطا

عوامل خارجی مانند نویز میتواند تاثیر مخرب بر دیتای ارسالی داشته باشند و حتی ممکن است بیتی از کاراکتر را از 0 به 1 یا بالاعکس تبدیل کنند. لذا باید به نحوی این خطا را کنترل و از ارسال پیام اشتباه جلوگیری کرد.

استفاده از بیت Parity

باید در ابتدا وجود یا عدم وجود و یا زوج یا فرد بودن بیت Parity را در تنظیمات گیرنده و فرستنده تعیین کرد. در این روش قیل از بیت Stop یک بیت به نام Parity bit به کاراکتر اختصاص می یابد. اگر Parity bit زوج انتخاب شده باشد، در صورتی که تعداد بیت های 1 کاراکتر به همراه خود بیت Parity زوج باشد، این بیت 1 خواهد بود و در صورت فرد بودن آن در صورتی که تعداد بیت های 1 کاراکتر به همراه خود بیت پریتی فرد باشد، این بیت 1 می¬شود.

این روش از آنجا کاربرد دارد که اگر نویز یا عاملی خارجی یکی از بیت ها را از 0 به 1 و یا بالعکس تغییر داد، گیرنده تعداد بیت های 1 را از نظر زوج یا فرد بودن با وضعیت بیت Parity چک می کند و در صورت مغایرت متوجه خطا در پیام می شود. اما در این روش اگر دو بیت از 0 به 1 یا بالعکس تغییر وضعیت دهد، گیرنده متوجه خطا در پیام نخواهد شد.

کنترل خطا با Checksum

این روش شامل دو طریق رمز گذاری روی پیام می شود. روش BCC (Block Check Character) و CRC (Cyclic Redundancy Check) در این روش ها روی بایت های دیتا رمزگذاری انجام می شود و به آن یک عدد هگز (Hex) اختصاص داده می شود و پس از انتقال پیام گیرنده آن را با رمز هگز مقایسه میکند و در صورت عدم تطابق متوجه خطا میشود.