پروتکل مودباس Modbus چیست + کاربردها و مزایا

Modbus یک پروتکل ارتباطی است که برای اتصال دستگاه‌های الکترونیکی صنعتی به یکدیگر و ارتباط آن‌ها با سیستم‌های کنترل و نظارت استفاده می‌شود. این پروتکل ابتدا توسط شرکت مودیکون (Modicon) در دهه ۱۹۷۰ میلادی توسعه داده شد و در حال حاضر به یکی از پرکاربردترین پروتکل‌های ارتباطی در صنعت تبدیل شده است.

Modbus از روش ارتباطی Master/Slave استفاده می‌کند، به این معنی که یک دستگاه Master (پایشگر) دستورات خود را به دستگاه‌های Slave (خدمات‌دهنده) می‌دهد و دستگاه‌های Slave پاسخ می‌دهند. این پروتکل در دو نوع RTU و ASCII عرضه می‌شود و به صورت سریال و با استفاده از پروتکل‌های ارتباطی مختلفی مانند RS-232 و RS-485 انتقال داده می‌شود.

Modbus از طریق پروتکل‌های ارتباطی مختلفی مانند Ethernet و TCP/IP نیز قابل استفاده است و این امکان را فراهم می‌کند که دستگاه‌های مختلفی با استفاده از این پروتکل در یک شبکه ارتباطی به یکدیگر متصل شوند.

معرفی انواع Modbus

پروتکل Modbus شامل سه نوع مختلف است که در زیر به توضیح هر کدام از آن‌ها می‌پردازیم:

Modbus ASCII

این نوع از پروتکل Modbus داده‌های خود را با استفاده از کاراکترهای ASCII ارسال می‌کند. این پروتکل بیشتر در دستگاه‌هایی استفاده می‌شود که از کابل‌های سریالی برای ارتباط با دستگاه‌های دیگر استفاده می‌کنند. در این پروتکل، داده‌ها را به صورت بایت به بایت ارسال می‌کنند و هر پیام با دو کاراکتر CR و LF خاتمه می‌یابد.

Modbus RTU

در این نوع از پروتکل Modbus، داده‌ها به صورت باینری ارسال می‌شوند. این پروتکل از کابل‌های سریالی برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند و در بسیاری از دستگاه‌های صنعتی استفاده می‌شود. در این نوع از پروتکل، داده‌ها به صورت بایت به بایت ارسال می‌شوند و هر بسته داده با بایت checksum خاتمه می‌یابد.

Modbus TCP

در این نوع از پروتکل Modbus، از شبکه TCP/IP برای انتقال داده‌ها استفاده می‌شود. داده‌ها به صورت باینری ارسال می‌شوند و به عنوان پروتکل ارتباطی برای اتصال دستگاه‌های صنعتی به شبکه‌های کامپیوتری استفاده می‌شود. این پروتکل امنیت بالاتری نسبت به نوع دیگری از پروتکل Modbus دارد و می‌تواند در شبکه‌های LAN/WAN استفاده شود.

به طور کلی، هر یک از این نوع‌های پروتکل Modbus برای استفاده در موارد خاصی مناسب هستند و بسته به نوع دستگاه و شبکه‌ای که باید به آن متصل شوند، انتخاب می‌شوند.

معرفی کاربرد Modbus

Modbus در صنعت به منظور اتصال و کنترل دستگاه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پروتکل از طریق کابل‌های سریالی یا شبکه‌های LAN و WAN ارتباط بین دستگاه‌هایی را برقرار می‌کند که با استفاده از آن‌ها می‌توان به داده‌هایی که توسط دستگاه‌ها جمع‌آوری شده‌اند، دسترسی داشت و کنترل آن‌ها را به صورت مرکزی انجام داد.

برخی کاربردهای Modbus عبارتند از:

کنترل و نظارت بر فرآیندهای صنعتی Modbus

به عنوان یک پروتکل ارتباطی برای کنترل و نظارت بر فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با استفاده از این پروتکل می‌توان دستگاه‌های مختلفی را به صورت مرکزی کنترل کرده و داده‌های تولیدی را جمع‌آوری کرد.

جمع‌آوری داده

با استفاده از Modbus می‌توان داده‌های تولیدی از دستگاه‌های مختلف را به صورت مرکزی جمع‌آوری کرد و به صورت آنلاین به دسترسی داشت.

کنترل دستگاه‌های اندازه‌گیری

Modbus برای اتصال دستگاه‌های اندازه‌گیری به یکدیگر و کنترل آن‌ها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. با استفاده از این پروتکل، دستگاه‌های مختلفی مانند سنسورها، تبدیل‌کننده‌های سیگنال و ترانسمیترها را به یکدیگر متصل کرده و داده‌هایی که توسط آن‌ها جمع‌آوری شده‌اند، را به صورت مرکزی کنترل کرد.

اتصال به دستگاه‌های مختلف

Modbus به عنوان یک پروتکل ارتباطی معمولاً برای اتصال دستگاه‌های مختلفی مانند PLC، HMI و SCADA مورد استفاده قرار می‌گیرد. با استفاده از این پروتکل، دستگاه‌های مختلفی را به یکدیگر متصل کرده و ارتباط بین آن‌ها را برقرار کرد.

آشنایی با مزیت های Modbus

مزایای استفاده از پروتکل Modbus در صنعت عبارتند از:

سادگی و انعطاف‌پذیری

پروتکل Modbus بسیار ساده و قابل فهم است و می‌تواند به راحتی با دستگاه‌های مختلفی ارتباط برقرار کند. همچنین، این پروتکل قابلیت انعطاف‌پذیری بالایی دارد و می‌تواند با دستگاه‌های مختلفی با سرعت‌ها و فرکانس‌های مختلف کار کند.

هزینه کم

پروتکل Modbus بسیار ارزان است و برای انتقال داده‌ها از کابل‌های سریالی استفاده می‌کند که با هزینه کمتری قابل تهیه است.

پشتیبانی از انواع مختلف ارتباطی

پروتکل Modbus به صورت سریالی و LAN/WAN از طریق پروتکل‌های ارتباطی مختلفی مانند RS-232، RS-485، TCP/IP و UDP قابل استفاده است.

قابلیت اتصال به دستگاه‌های مختلف

پروتکل Modbus به عنوان یک پروتکل ارتباطی، قابلیت اتصال به دستگاه‌های مختلفی مانند PLC، HMI، SCADA و دستگاه‌های اندازه‌گیری را دارد.

پایداری و قابلیت اطمینان بالا

پروتکل Modbus بسیار پایدار و قابلیت اطمینان بالایی دارد و از این رو، در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و کنترلی برای ارتباط بین دستگاه‌ها استفاده می‌شود.

پشتیبانی از انواع مختلف داده

پروتکل Modbus از انواع مختلف داده‌ها مانند عدد صحیح، عدد اعشاری، رشته و بایت پشتیبانی می‌کند و به راحتی می‌تواند با داده‌های مختلف کار کند.

آشنایی با معایب های Modbus

بعضی از معایب استفاده از پروتکل Modbus عبارتند از:

سرعت پایین

پروتکل Modbus از کابل‌های سریالی برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند که سرعت انتقال داده‌ها را محدود می‌کند. بنابراین، در برخی فرآیندهای صنعتی که نیاز به سرعت بالاتری دارند، استفاده از این پروتکل مناسب نیست.

قابلیت اطمینان محدود

استفاده از کابل‌های سریالی برای انتقال داده‌ها ممکن است با مشکلاتی همچون تداخل الکترومغناطیسی و نویز همراه باشد. به علاوه، این پروتکل برای ارتباط با دستگاه‌هایی که در محیط‌های خشن و صنعتی قرار دارند، ممکن است ضعیف باشد.

محدودیت در فاصله

کابل‌های سریالی برای انتقال داده‌ها محدودیت در فاصله دارند و به طور کلی در فواصل کوتاهتری قابل استفاده هستند. بنابراین، در فرآیندهایی که دستگاه‌ها در فواصل بلند از هم قرار دارند، استفاده از کابل‌های سریالی برای ارتباط، مناسب نیست.

محدودیت در حجم داده

پروتکل Modbus برای ارتباط با دستگاه‌های مختلف، محدودیت در حجم داده دارد و نمی‌تواند برای انتقال حجم بالای داده‌ها به کار رود. به علاوه، تعداد دستگاه‌هایی که می‌توانند به یکدیگر متصل شوند، نیز محدود است.

امنیت محدود

پروتکل Modbus امنیت کمی دارد و از رمزنگاری و روش‌های امنیتی محافظتی برای ارتباط با دستگاه‌ها پشتیبانی نمی‌کند، بنابراین در صورتی که برای شبکه‌های صنعتی امنیت بالایی مورد نیاز است، استفاده از پروتکل‌هایی همچون Modbus/TCP مناسب‌تر است.

چه دستگاه‌هایی از Modbus استفاده می‌کنند؟

Modbus به عنوان یک پروتکل ارتباطی، در صنعت برای اتصال دستگاه‌های مختلف استفاده می‌شود. برخی از دستگاه‌هایی که از Modbus استفاده می‌کنند عبارتند از:

PLC (Programmable Logic Controllers)

PLC ها به منظور کنترل و نظارت بر فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شوند.

HMI (Human Machine Interface)

HMI ها به منظور نمایش و کنترل دستگاه‌های صنعتی و فرآیندهای آن‌ها توسط اپراتورها استفاده می‌شوند

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) Systems

این سیستم‌ها به منظور جمع‌آوری و نمایش داده‌های تولیدی از دستگاه‌های مختلفی که از Modbus پشتیبانی می‌کنند، استفاده می‌شوند.

برخی دستگاه‌های اندازه‌گیری و کنترل

مانند سنسورها، ترانسمیترها و تبدیل‌کننده‌های سیگنال.

از دیگر دستگاه‌های قابل اتصال به Modbus می‌توان به درایوهای فرکانس، دستگاه‌های دما‌سنجی، تجهیزات تهویه مطبوع و سیستم‌های برق اشاره کرد.

آیا پروتکل Modbus/TCP با پروتکل‌های دیگری سازگار است؟

بله، پروتکل Modbus/TCP با پروتکل‌های دیگری نیز سازگار است. این پروتکل با استفاده از پروتکل TCP/IP که یک پروتکل استاندارد برای شبکه‌های کامپیوتری است، متصل می‌شود. به علاوه، پروتکل Modbus/TCP به عنوان یک پروتکل ارتباطی قابل استفاده در سیستم‌های کنترل صنعتی، با پروتکل‌های دیگری نیز سازگار است.

به عنوان مثال، پروتکل Modbus/TCP می‌تواند با پروتکل OPC (OLE for Process Control) که یک پروتکل استاندارد برای تبادل داده‌های صنعتی است، سازگار باشد. همچنین، از آن برای ارتباط با سیستم‌های SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)، DCS (Distributed Control System) و PLC (Programmable Logic Controller) نیز استفاده می‌شود.

در کل، پروتکل Modbus/TCP به عنوان یک پروتکل ارتباطی استاندارد، با بسیاری از پروتکل‌های دیگری که در صنعت استفاده می‌شوند، سازگاری دارد. این امر به شرکت‌ها و کاربران این امکان را می‌دهد که برای اتصال به سیستم‌های مختلف از پروتکل Modbus/TCP استفاده کنند و به صورت مستقل از سیستم‌های مختلف، داده‌ها را دریافت کنند و ارسال کنند.

پروتکل مودباس Modbus چگونه کار میکند؟

پروتکل Modbus برای انتقال داده‌ها از سه نوع مختلف استفاده می‌کند که عبارتند از:

1. Modbus ASCII

2. Modbus RTU

3. Modbus TCP

در نوع اول و دوم، داده‌ها به صورت بایت به بایت و در نوع سوم به صورت باینری ارسال می‌شوند. هر دستگاهی که با پروتکل Modbus کار می‌کند، یک آدرس یونیک دارد که به عنوان شناسه دستگاه در این پروتکل استفاده می‌شود.

در هنگام ارسال داده‌ها، دستگاه ارسالی درخواست خود را به دستگاه مقصد ارسال می‌کند. در صورتی که دستگاه مقصد درخواست را تأیید کند، دستگاه ارسالی با دستگاه مقصد داده‌های خود را تبادل می‌کند. این داده‌ها معمولاً شامل اطلاعاتی مانند مقدار سنسورها، دستورالعمل‌های کنترلی و دیگر اطلاعات مرتبط با دستگاه صنعتی است.

از آنجا که پروتکل Modbus در صنعت به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود، امنیت این پروتکل بسیار مهم است. بنابراین، برای ارتباط ایمن بین دستگاه‌ها، از رمزگذاری و پروتکل‌های امنیتی مانند SSL/TLS استفاده می‌شود.