INTRODUÇÃO – PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO NA ÁREA INSDUSTRIAL

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- Especificações:

- Camada física: modulação FSK, taxa de comunicação de 1200 bps. As frequências que representam 0s e 1s são 2.2kHz e 1.2kHz

- Camada de enlace: define o protocolo mestre/escravo. Um dispositivo só responde quando solicitado.

- Camada de rede: define o roteamento, segurança e as sessões para o gerenciamento ponto a ponto com o dispositivo correspondente.

- Camada de transporte: garantia de comunicação.

- Camada de aplicação: define comandos e respostas, tanto de modo geral como para dispositivos específicos interfaceados.

O PROTOCOLO MODBUS RTU

O protocolo MODBUS foi criado por uma fabricante de CLPs no final da década de 70. Seu desenvolvimento foi praticamente paralelo a padronização Fieldbus e por ser tão antigo e de fácil implementação, é um protocolo muito utilizado hoje em dia devido ao elevado número de CLPs no ramo industrial e a necessidade de integrá-los de maneira inteligente.

O nome RTU vem de Remote Terminal Unit (unidade remota), e a outra especificação do protocolo pode ser o ASCII, que tem variações na quantidade de bits transmitidos.

Basicamente, o intuito inicial do protocolo Modbus RTU foi interligar CLPs com suporte a interface RS-232, Ethernet ou RS-485, mas suas aplicações se estendem a computadores de supervisão, terminais de operação, medidores e indicadores de variáveis.

2. Funcionamento e implementação:

De modo geral, o protocolo Modbus RTU tem o intuito de interfacear saídas de rede de terminais de controle (exemplo: portal serial – COM – de um computador, com uma entrada RS-232 de um CLP), trazendo elementos de endereçamento, tratamento de erros e comandos para monitoração de variáveis e acesso remoto.

O funcionamento do Modbus RTU, da mesma forma que no protocolo HART, baseia-se na tipologia mestre/escravo, na qual existe um terminal central, que geralmente se comunica com a interface Modbus (que pode ser entendido como um modem) via Ethernet, usando, por exemplo, TCP e no qual está implementada um sistema supervisório (exemplo: SCADA). Do outro lado do Modem ficam conectados os escravos, que são terminais remotos, CLPs, sensores, atuadores, etc. A cada equipamento é dado um endereço pelo qual ele responde (somente quando solicitado). Esta estrutura é exemplificada na figura 4.

[pic 5]

Figura 4 – Implementação básica do protocolo Modbus RTU.

De maneira a exemplificar melhor a implementação da rede, a figura 5 exemplifica um sistema simples dotado de um computador (mestre) interfaceado com um modem que gerencia um controlador de temperatura, um PLC e um módulo de I/Os (ADAM-5000 e ADAM-4000) respectivamente. É possível notar um módulo de aquisição de dados fora do gerenciamento Modbus (ADAM-6000), o que pode acontecer sem problemas.

[pic 6]

Figura 5 – Exemplo de implementação real.

É preciso sinalizar, logicamente, que cada componente interfaceado com o terminal via protocolo Modbus RTU precisa ter compatibilidade com o protocolo, o que é especificado pelo fabricante e vem geralmente como um diferencial.

Com base na figura 5 também é relevante ressaltar que na topologia da rede os equipamentos que consomem dados (geram e recebem) são chamados de ETDs (equipamentos terminais de dados), enquanto equipamentos que só gerenciam estes dados são chamados de ECDs (equipamentos de comunicação de dados). São exemplos de ETDs os terminais e dispositivos e de ECD o modem.

A estrutura básica da palavra do protocolo é:

Endereço do escravo

Código da função

Dados

CRC

1 byte

1 byte

0 a 252 bytes

2 bytes

Como dito anteriormente, só o escravo cujo endereço corresponde se manifesta quando um frame é enviado. O código da função varia com o objetivo, podendo ser utilizada para ler variáveis em saídas, entradas, ler registros, alterar estado de saídas ou funções de diagnostico.

- Especificações:

Diferente do protocolo HART, o Modbus RTU se baseia em uma composição de três camadas. A camada física e a de enlace equivale as camadas e 1 e 2 do modelo OSI respectivamente. As camadas de 3 a 6 não são utilizadas, enquanto a camada de aplicação é utilizada pelo protocolo de aplicação

- Camada física: comunicação digital de bps variável (9600 até 115200) via EIA-485 ou 232.

- Camada de enlace (chamada de link de dados): definido pelo funcionamento do protocolo e o frame supracitado, com correção de erros via CRC.

- Camada de aplicação: gerenciada pelo protocolo de aplicação próprio do Modbus.

CONCLUSÃO:

As redes industriais são cada vez mais essenciais porque tornam os processos mais eficientes, mais baratos, dinâmicos e seguros. O esforço de se padronizar os protocolos resultou numa gama de opções extremamente coesa. Tanto o protocolo HART como o Modbus RTU são muito utilizados no ramo industrial. Uma pesquisa básica revela que é difícil encontrar equipamentos industriais que não ofereçam suporte a estes