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5o MÓDULO

Revisão 1 – JANEIRO/2008

PADRÃO: MODBUS1
MODBUS PADRÃO2
MODBUS PADRÃO1
EXERCÍCIO SOBRE MODBUS12
PADRÃO: HART13
TOPOLOGIA14
MODOS DE COMUNICAÇÃO16
CABOS17
COMANDOS HART18
DEVICE DESCRIPTION LANGUAGE18
MULTIPLEXADORES18
EXERCÍCIOS SOBRE HART21
PADRÃO: DEVICENET2
CAMADA FÍSICA E MEIO DE TRANSMISSÃO DO DEVICENET23
ATERRAMENTO31
ENDEREÇAMENTO DO INSTRUMENTO NA REDE DEVICENET:3
INDICADORES DOS DISPOSITIVOS DEVICENET34
DETALHAMENTO DO PROJETO DEVICENET35
DIMENSIONAMENTO DA QUEDA DE TENSÃO AO LONGO DA REDE40
EXERCÍCIO SOBRE DEVICENET4
MÉTODOS DE TROCA DE DADOS NA COMUNICAÇÃO45
PADRÃO: FIELDBUS FOUNDATION48
ESTRUTURA BÁSICA51
DETALHANDO PROJETOS COM FIELDBUS69

SUMÁRIO NÍVEL DE SOFTWARE ............................................................................................................... 74

Prof. Marcelo Saraiva Coelho1

REDES DE COMUNICAÇÃO INDUSTRIAL – Padrões Industriais

A rede Modbus é uma rede relativamente simples, desenvolvida com o objetivo de permitir a interligação de dispositivos de controle, como controladores programáveis e computadores, normalmente do tipo PC.

A Modicon, hoje Schneider Electric, introduziu o protocolo Modbus no mercado em 1979. A Schneider ajudou no desenvolvimento de uma organização de usuários e desenvolvedores independente chamada Modbus–IDA que é uma organização com fins não lucrativos agrupando usuários e fornecedores de dispositivos de automação que visam a adoção do pacote de protocolos Modbus e a evolução da arquitetura de endereçamento para sistemas de automação distribuídos em vários segmentos de mercado. A Modbus- IDA fornece a infra-estrutura para obter e compartilhar informação sobre os protocolos, suas aplicações e a certificação de dispositivos visando simplificar a implementação pelos usuários.

A rede Modbus está direcionada para a comunicação entre equipamentos de controle.

O respectivo protocolo define um conjunto de mensagens que permitem ler e escrever em variáveis remotas (bits/words de memória interna, linha de entrada e saída).

Figura 1.

O MODBUS TCP/IP é usado para comunicação entre sistemas de supervisão e controladores lógicos programáveis. O protocolo Modbus é encapsulado no protocolo TCP/IP e transmitido através de redes padrão ethernet com controle de acesso ao meio por CSMA/CD.

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O MODBUS PLUS é usado para comunicação entre si de controladores lógicos programáveis, módulos de E/S, chaves de partida eletrônica de motores, interfaces homem máquina etc. O meio físico é o RS-485 com taxas de transmissão de 1 Mbps, controle de acesso ao meio por HDLC (High Level Data Link Control).

O MODBUS PADRÃO é usado para comunicação dos CLPs com os dispositivos de entrada e saída de dados, instrumentos eletrônicos inteligentes (IEDs) como relés de proteção, controladores de processo, atuadores de válvulas, transdutores de energia e etc. o meio físico é o RS-232 ou RS-485 em conjunto com o protocolo mestre-escravo.

Durante a comunicação em uma rede Modbus, o protocolo determina como o dispositivo conhecerá seu endereço, como reconhecerá uma mensagem endereçada para ele, como determinar o tipo de ação a ser tomada e como extrair o dado ou outra informação qualquer contida na mensagem. Se uma resposta é necessária, como o dispositivo construirá uma mensagem e a enviará.

O mestre pode endereçar mensagens para um escravo individual ou enviar mensagens para todos (broadcast). Os escravos retornam um a mensagem somente para as consultas endereçadas especificamente para ele. As mensagens broadcast não geram respostas.

Mais concretamente, o protocolo Modbus define: • os pedidos que os dispositivos de controlo podem enviar a outros dispositivos;

• como é que estes respondem a esses pedidos;

• a forma como são tratados os erros.

O protocolo Modbus é baseado em um modelo de comunicação mestre-escravo, onde um único dispositivo, o mestre, pode iniciar transações denominadas queries. O demais dispositivos da rede (escravos) respondem, suprindo os dados requisitados pelo mestre ou executando uma ação por ele comandada. Geralmente o mestre é um sistema supervisório e os escravos são controladores lógico programáveis. Os papéis de mestre e escravo são fixos, quando se utiliza comunicação serial, mas em outros tipos de rede, um dispositivo pode assumir ambos os papéis, embora não simultaneamente.

Os dispositivos ligados a uma rede Modbus trocam dados, através de técnica do tipo Master-Slave onde:

• apenas um dispositivo (designado por master) pode iniciar as transações.

• os outros dispositivos (designados por slaves) respondem enviando ao master a informação pedida (no caso de um pedido de leitura) ou executando a ação pedida pelo master (no caso de um pedido de escrita).

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Figura 2. As mensagens enviadas pelo master incluem os seguintes campos:

•endereço do slave a que se destina a mensagem;

•código da ação a executar (leitura/escrita, bit/word,);

•eventuais dados (no caso das operações de escrita);

•código para controle de erro. As respostas provenientes dos slaves contém os seguintes campos: •confirmação da ação efetuada;

•eventuais dados (no caso das operações de leitura);

•código para controle de erro.

Na mensagem de consulta, o código de função informa ao dispositivo escravo com o respectivo endereço, qual a ação a ser executada. Os bytes de dados contêm informações para o escravo, por exemplo, qual o registrador inicial e a quantidade de registros a serem lidos. O campo de verificação de erro permite ao escravo validar os dados recebidos.

Na mensagem de resposta, o código de função é repetido de volta para o mestre. Os bytes de dados contêm os dados coletados pelo escravo ou o seu estado. Se um erro ocorre, o código de função é modificado para indicar que a resposta é uma resposta de erro e os byte de dados contém um código que descreverá o erro. A verificação de erro permite o mestre validar os dados recebidos.

Figura 3.

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Note-se que todo o tráfego é gerido pelo master. De fato, os slaves apenas podem transmitir uma mensagem depois de terem recebido um pedido do master.

Existem dois modos de transmissão: ASCII (American Code for Informastion

Interchange) e RTU (Remote Terminal Unit), que são selecionados durante a configuração dos parâmetros de comunicação.

a mensagem seja truncadaAlgumas implementações fazem uso de tais

Cada byte de mensagem é enviado como dois caracteres ASCII. Durante a transmissão, intervalos de até um segundo entre caracteres são permitidos, sem que intervalos de silêncio como delimitadores de fim de mensagem, em substituição à seqüência cr+lf.

10 bits por byte: 1 start bit 7 bits de dados LSb enviado primeiro 1 bit de paridade (par/ímpar) + 1 stop bit 0 bit de paridade + 2 stop bits

Campo de Checagem de Erros: LRC Longitudinal Redundancy Check

Start Endereço FunçãoDadosLRCEND : (0x3A) 2 Chars 2 CharsN Chars2 CharsCRLF

O modo ASCII permite intervalos de tempo de até um segundo entre os caracteres sem provocar erros, mas sua mensagem típica tem um tamanho duas vezes maior que a mensagem equivalente usando o modo RTU.

Cada byte de mensagem é enviado como um byte de dados. A mensagem deve ser transmitida de maneira contínua, já que pausas maiores que 1,5 caractere provocam truncamento da mesma.

1 bits por byte: 1 start bit 8 bits de dados LSb enviado primeiro 1 bit de paridade (par/ímpar) + 1 stop bit 0 bit de paridade + 2 stop bits Campo de Checagem de Erros: CRC

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Start Endereço Função Dados CRC END

Silêncio 3.5 chars

Å 8 bitsÆ Å 8 bitsÆ ÅN x 8 bitsÆ Å16 bitsÆ Silêncio 3.5 chars

mensagem deve ter todos os seus caracteres enviados em uma seqüência contínua

O modo RTU transmite a informação com um menor número de bits, mas a

O modo RTU também é chamado de ModBus-B ou Modbus Binario e é o modo preferencial.

Figura 4. FORMATO DA MENSAGEM

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