پروتکل Modbus چیست؟

پروتکل Modbus چیست؟ مادباس یک پروتکل ارتباط بین داده‌هاست که در ابتدا توسط Modicon در سال ۱۹۷۹ برای استفاده با کنترل‌کننده‌های PLC * منتشر شد. Modbus به یک پروتکل ارتباطی استاندارد بالفعل تبدیل شده است و در حال حاضر یک وسیله‌ی معمول در دسترس برای اتصال دستگاه‌های الکترونیکی صنعتی است. اما پروتکل مادباس در خانه هوشمند چه نقشی دارد؟

• PLC به کامپیوترهای مرکزی عظیم می‌گویند که در خط تولید کارخانه‌ها و صنایع، نقش کنترل‌کننده‌ی عملیات‌های منطقی دقیق و حساس را ایفا می‌کند. پی‌ال‌سی برای اولین بار توسط یکی از اعضای Modicon به نام دیک مورلی ساخته شد.

پروتکل Modbus چیست؟

Modbus یک پروتکل باز است؛ به این معنی که تولیدکنندگان می‌توانند بدون نیاز به پرداخت حق امتیاز در تجهیزات خود از این سیستم استفاده کنند. مادباس به یک پروتکل استاندارد ارتباطی در صنعت تبدیل شده است و در حال حاضر رایج‌ترین وسیله برای اتصال دستگاه‌های الکترونیکی صنعتی و PLCها به شمار می‌رود. در واقع امروزه مادباس به طور گسترده توسط بسیاری از تولیدکنندگان در بسیاری از صنایع استفاده می‌شود.

به زبان ساده، کاربرد اصلی مادباس در انتقال یکپارچه‌ی دیتاهاست. مثلاً اگر دستگاهی وجود داشته باشد که رطوبت هوا را اندازه‌گیری کرده و دستگاه دیگری که دما را اندازه‌گیری می‌کند، هر دو به یک کابل متصل می‌شوند و پروتکل هر دو اندازه‌گیری‌ها را به یک کامپیوتر منتقل می‌کنند.

Modbus معمولاً برای انتقال سیگنال‌ها از دستگاه‌های ابزار دقیق و کنترل به یک کنترل‌کننده اصلی یا سیستم جمع‌آوری داده استفاده می‌شود؛ برای مثال، یک سیستم دما و دیگری رطوبت را اندازه‌گیری می‌کند و نتایج با مادباس یکپارچه به رایانه مرکزی ارسال می‌گردد تا رایانه‌ی مقصد طبق نتایج، عمل یا دستوری را اجرا کند. (حال شاید بیشتر متوجه نقش پروتکل مادباس در هوشمندسازی شوید.)

Modbus اغلب برای اتصال یک کامپیوتر نظارتی با یک واحد پایانه راه دور (RTU) در سیستم های کنترل نظارتی و جمع آوری داده ها (که مختصراً به آن SCADA می‌گویند) استفاده می‌شود. نسخه‌های پروتکل Modbus هم برای خطوط سریالی (Modbus RTU و Modbus ASCII) و هم برای اترنت (Modbus TCP) وجود دارد.

پروتکل مادباس چطور کار می‌کند؟

حال به سوال اصلی برمی‌گردیم: پروتکل مادباس چیست؟ مادباس اغلب برای اتصال کامپیوتر نظارتی در یک کارخانه/سیستم با یک واحد پایانه راه دور (RTU) در سیستم‌های کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده (SCADA) استفاده می‌شود.

در واقع، Modbus از طریق خطوط سریال بین دستگاه‌ها منتقل می‌شود. ساده‌ترین راه‌اندازی، یک کابل سریال است که پورت‌های سریال را در دو دستگاه، یک کلاینت و یک سرور، متصل می‌کند.

داده‌ها به صورت سری‌های یک و صفر به نام بیت ارسال می‌شوند. هر بیت شبیه به یک ولتاژ ارسال می‌شود؛ به این صورت که صفرها به صورت ولتاژ مثبت و یک‌ها به صورت منفی ارسال می‌شوند. بیت‌ها خیلی سریع ارسال می‌شوند و سرعت انتقال معمولی ۹۶۰۰ baud (بیت در ثانیه) است.

توسعه و به‌روزرسانی پروتکل‌های Modbus توسط سازمان Modbus از آوریل ۲۰۰۴، زمانی که اشنایدر الکتریک حقوق را به آن سازمان منتقل کرد، مدیریت می‌شود. سازمان Modbus انجمنی از کاربران و تامین‌کنندگان دستگاه‌های سازگار با Modbus است که از استفاده مداوم از این فناوری حمایت می‌کند.

اشنایدر الکتریک SE یک شرکت چند ملیتی فرانسوی است که در اتوماسیون دیجیتال و مدیریت انرژی تخصص دارد و به ترکیب فناوری‌های مدیریتی انرژی‌محور، اتوماسیون بلادرنگ، نرم‌افزار و خدمات خود به به خانه‌ها، ساختمان‌ها، مراکز داده، زیرساخت‌ها و صنایع می‌پردازد.

نحوه‌ی انتقال دیتا در Modbus چیست؟

در ادامه‌ی پروتکل Modbus چیست؟ به نحوه‌ی انتقال دیتا در این پروتکل می‌پردازیم. اطلاعات در دستگاه سرور در چهار جدول مختلف ذخیره می‌شود. دو جدول مقادیر گسسته روشن/خاموش (کویل) و دو جدول دیگر مقدار عددی (رجیستر) را ذخیره می‌کنند. سیم پیچ‌ها و رجیسترها هر کدام یک جدول فقط خواندنی (Read-Only) و جدول خواندن و نوشتن (Read-Write) دارند.

هر جدول دارای ۹۹۹۹ مقدار است. هر سیم پیچ یا مخاطب ۱ بیت است و یک آدرس داده بین ۰۰۰۰ تا 270E اختصاص داده شده است. هر ثبات ۱ کلمه = 16 بیت = 2 بایت است و همچنین دارای آدرس داده بین ۰۰۰۰ تا 270E است.

محدودیت‌های این پروتکل چیست؟

در ادامه‌ی مقاله‌ی پروتکل Modbus چیست؟ از برخی از محدودیت‌های آن برای استفاده در سیستم‌های امروزی می‌گوییم:

• از آنجایی که Modbus در اواخر دهه ۱۹۷۰ برای برقراری ارتباط با PLCها طراحی شد، تعداد انواع داده‌های آن، محدود به آن‌هایی‌ست که PLCهای آن زمان درک می‌کردند؛ مثلاً آبجکت‌های باینری بزرگ توسط مادباس پشتیبانی نمی‌شوند.
• از آنجایی که Modbus یک پروتکل کلاینت/سرور (یا master/slave) است، هیچ راهی برای یک دستگاه فیلد برای دریافت داده توسط مکانیزم کنترل رویداد (به جز از طریق TCP/IP اترنت، به نام open-mbus) به عنوان مشتری وجود ندارد. گره باید به طور معمول هر دستگاه فیلد را نظرسنجی کند و به دنبال تغییرات در داده‌ها باشد. این امر باعث مصرف پهنای باند و زمان شبکه در برنامه‌هایی می‌شود که پهنای باند آن‌ها ممکن است گران یا کم باشد.
• Modbus به آدرس دهی ۲۴۷ دستگاه در یک پیوند داده محدود شده است، که تعداد دستگاه های میدانی را که ممکن است به یک ایستگاه والد متصل شوند محدود می کند (TCP/IP اترنت یک استثنا محسوب می‌شود.).
• پروتکل Modbus به خودی خود هیچ امنیتی در برابر دستورات غیرمجاز یا رهگیری داده‌های ارسالی و دریافتی ارائه نمی‌کند.

پروتکل مادباس در هوشمندسازی

خانه هوشمند محیطی را ایجاد می‌کند که کیفیت زندگی را در کنار استفاده‌ی بهینه از منابع انرژی به حداکثر می‌رساند و برای این کار سیستم‌های مدیریت انرژی کمک می‌گیرد. از آنجایی که بحران انرژی یک مشکل جهانی است، اتوماسیون خانگی باید به عنوان یک مؤلفه‌ی مهم در کاهش انرژی و استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر در سراسر جهان فراگیر شود.

یکی از مسائل اساسی در اتوماسیون خانگی هزینه اتوماسیون است؛ بنابراین کاهش هزینه اتوماسیون یک نگرانی مهم در جهان محسوب می‌شود. اگر یک سیستم اتوماسیون خانگی با تکیه بر پروتکل Modbus کار کند، علاوه بر ذخیره‌ی انرژی، به کاهش هزینه‌ها نیز کمک شایانی شود.