Modbus

Modbus samskiptastaðallinn er áratuga gamall en hefur staðist tímans tönn og margir framleiðendur reiða sig á Modbus sem helsta samskiptaháttinn. Upphaflega var Modbus hannað sem samskiptaháttur á aðskildu samskiptaneti (Modbus RTU - serial) en á síðari árum eru margir framleiðendur farnir að nota Modbus á TCP/IP netkerfi (Modbus TCP).

Með Modbus er hægt að skiptast á miklum upplýsingum við stjórntæki yfir einn streng og þannig fæst betri innsýn í hegðun kerfis en ef aðeins er notast til venjulegt I/O. Dæmi um þetta eru flæðilokur. Ef þeim er stýrt með I/O er hægt að stýra þeim með 0-10V merki og fá eitt 0-10V merki tilbaka (þá þarf líka að velja hvaða breytu maður vill fá tilbaka). Með Modbus á flæðilokum er hægt að senda stýrimerki og einnig lesa til baka fjölda mælinga s.s. raunverulegt loftmagn, vinkil á spjaldi, innstillt loftmagn, bilunarboð og margt fleira.

Á Modbus neti er aðeins einn stjórnandi (master/client) og margar útstöðvar (slave/server). Stjórnandi sendir út að fyrra bragði og útstöðvarnar svara aðeins ef sérstaklega er kallað á þær.

Modbus RTU

Modbus RTU er útfærsla fyrir seríal samskipti. Þá er merkjastrengur lagður frá einu tæki til þess næsta og strangar reglur gilda um netið og stillingar tækja. Modbus RTU notast yfirleitt við RS485 samskiptanet (RS232 styður bara eitt tæki) og mikilvægt er að netið sé rétt hannað og rétt tengt. Minnstu villur í tengingum í Modbus RTU neti leiða til þess að samskiptin virka ekki.

• Modbus RTU verður að tengja í seríu. Ekki er leyfilegt að stjörnutengja Modbus RTU net. Strengur verður að fara inn á eitt tæki og þaðan yfir á næsta. Myndir sem útskýra þetta eru hér til hægri.
• Samskiptastrengur verður að vera hannaður fyrir RS485 samskipti. Slíkur strengur er skermaður og með snúin pör. Dæmi um slíkan streng eru Belden 9842 og Belden 3107A.
• Hvert tæki á Modbus RTU neti þarf að hafa eigin Modbus adressu og ekki má nota sömu adressu tvisvar. Forrita þarf adressu og samskiptahátt (sjá næsta punkt) áður en hægt er að prófa Modbus net.
• Stilla þarf samskiptahraða (baud rate, parity o.s.frv.) á hverju tæki á sama hátt og samskiptahraðinn þarf að vera sá sami og á iðntölvunni.
• Ef samskiptanetið er stórt (miklar vegalengdir) gæti þurft að setja 120 Ohm endaviðnám yfir gagnaparið á fyrsta og síðasta tækinu. Sum tæki eru með innbyggðan möguleika til að virkja endaviðnám.

RS485 er í raun tveggja víra kerfi en æskilegt er að leggja 2x2 parsnúinn streng þannig að hægt sé að nota þriðja vírinn til að samtengja núllpunkt allra tækja á línunni. Mælt er með því að nota skermaðan streng, sérstaklega ef línan er í umhverfi með miklar rafsegultruflanir, t.d. við hraðabreyta. Skerminn á að jarðbinda í stjórnskáp og framlengja framhjá öllum tækjum en ekki tengja við neitt tæki. Góð skýringarmynd er hér fyrir neðan.

Modbus RTU er byggt á einföldum vélbúnaði og þess vegna velja framleiðendur oft þessa leið, sérstaklega með minni og ódýrari tæki sem notuð eru oft í hverju verkefni eins og t.d. hitareglar, mælar eða flæðilokur.

Þótt Modbus RTU styðji mörg tæki á einni línu eru takmörk á því hversu mörg tækin geta verið. Þessi takmörkun er vegna þess að stjórnandinn (master) hefur takmarkaða getu til að keyra spennu á línunni og vegna þess að hver útstöð veldur ákveðnu álagi. Algengt er að miða við ca. 30 tæki sem hámarks fjölda á einni RS485 línu. Önnur ástæða fyrir því að takmarka fjöldann er að með fleiri tækjum hægist á samskiptum við hvert tæki, þ.e. lengra verður á milli fyrirspurna stjórnandans til hverrar útstöðvar því stjórnandinn getur aðeins talað við eina útstöð í einu.

Lagning Modbus RTU nets

Samskiptastrengur frá iðntölvu er raðtengdur á milli tækja á netinu. Rafverktaki ákveður hentugustu leið eftir lagnaleiðum. Mikilvægt er að rafverktaki skrái röð tækja á netinu og merki strengi í báða enda þannig að auðvelt sé að bilanagreina netið eftir á.

• 

  Almenn tengimynd fyrir Modbus RTU net

• 

  Rétt og rangt í Modbus tengingum

• 

  Modbus lína með endaviðnámum. Takið eftir því hvernig núllið og skermurinn eru tengd.

Modbus TCP

Tæki sem styðja Modbus TCP eru tengd inn á staðarnetið sem notað er fyrir tæknikerfi (OT-net / tækjanet).

Það helsta sem þarf að hafa í huga þegar kerfi er sett upp með Modbus TCP samskiptum er að stilla þarf viðkomandi tæki með réttri IP-tölu og opna þarf á port 502 í netkerfinu. Þegar þetta er klárt getur bæði iðntölva og skjámyndakerfi talað beint við tækin á tækjanetinu. Tækjanetið er gjarnan sett upp sem aðskilið sýndarnet. Sjá nánari upplýsingar í grein um uppsetningu netkerfis.

Með Modbus TCP næst meiri hraði og sveigjanleiki í samskiptin en vegna aukins kostnaðar við vélbúnað eru ekki öll Modbus tæki hönnuð með Modbus TCP. Modbus TCP er algengt á loftræsisamstæðum, varmadælum og slíkum stærri tækjum.