MODBUS

Modbus es un protocolo de transmisión desarrollado por la Gould Modicon (ahora AEG Schneider Automation) para sistemas de control y supervisión de procesos (SCADA) con control centralizado. Utilizando este protocolo, una Estación Maestra (MTU) puede comunicarse con una o varias Estaciones Remotas (RTU) con la finalidad de obtener datos de campo para la supervisión y control de un proceso. El protocolo Modbus es muy utilizado en la industria en una gran variedad de sistemas SCADA. 

Estructura de la red

Medio Físico: El medio físico de conexión puede ser un bus semidúplex (half duplex) (RS-485 o fibra óptica) o dúplex (full duplex) (RS-422, BC 0-20mA o fibra óptica). La comunicación es asíncrona y las velocidades de transmisión previstas van desde los 1200baudios a 19.200 baudios. La máxima distancia entre estaciones depende del nivel físico, pudiendo alcanzar hasta 1200 m sin repetidores. Acceso al Medio: La estructura número máximo de estaciones previsto es de 63 esclavos más una estación maestra. Los intercambios de mensajes pueden ser de dos tipos: * Intercambios punto a punto, que compartan siempre dos mensajes: una demanda del maestro y una respuesta del esclavo (puede ser simplemente un reconocimiento ).  * Mensajes difundidos. Estos consisten en una comunicación unidireccional del maestro a todos los esclavos. Este tipo de mensajes no tiene respuesta por parte de los esclavos y se suelen emplear para mandar datos comunes de configuración, reset, etc. Tipos: En Modbus los datos pueden intercambiarse en dos modos de transmisión: en Modo RTU y en Modo ASCII. 

Trama modbus:

Funciones:

 Comandos de control para lectura de posición y reposición de una bobina o de un grupo de bobinas.  Comandos de control para lectura de entradas y salidas digitales (discretas)  Comandos de control para lectura y reposición de registros  Otras funciones para test, diagnóstico, polling, condiciones de excepción, etc

Formatos de Trama en Modo RTU:

Campo de Direcciones: En este campo se indica siempre la dirección de la RTU de destino, sea en comando sea en respuesta. Si la MTU se dirige simultáneamente a todas las RTU (Modo “Broadcast”), el campo de direcciones se pone a CERO (00H). Campo de Funciones: En este campo se indica a la RTU la función que debe ejecutar. La RTU responde con este mismo valor si la respuesta es normal; si la respuesta es excepcional, la RTU coloca un UNO en el MSB del Campo de Funciones de la respuesta. Campo de Información: Este campo contiene la información que la RTU necesita para realizar la función específica requerida por la MTU, o la información requerida por la MTU en respuesta a una petición suya. CRC: En este campo va una información que le permite a la MTU y RTU verificar si se ha producido errores en la transmisión. El contenido de este campo se calcula sobre los tres campos anteriores mediante el Código de Redundancia Cíclica CRC-16. 

Formato de Respuesta Excepcional :

Dirección RTU. Corresponde a la dirección de la RTU que detectó el error Función. Corresponde al Código de Función que la RTU recibió y cuya ejecución ella no tiene especificada. Se retransmite con el dígito de más peso puesto a UNO. Código de Excepción. Es el código que le indica a la MTU cuál fue el error detectado. CRC. Tiene la misma estructura y función que en el formato de mensajes.

Entre los códigos de excepción los más importantes son:  (1) Código 01H. Función ilegal. La función solicitada no está definida.  (2) Código 02H. Valor ilegal en la Dirección solicitada. La dirección de un punto especificado en el Campo de Datos de un mensaje es ilegal; no está definida en la RTU.  (3) Código 03H. Valor ilegal en el Campo de Datos. El valor especificado en el Campo de Datos de comando no está permitido.  (4) Código 04H. Falla en un Dispositivo Asociado. La RTU ha fallado al responder a un mensaje. Este mensaje de excepción se envía cuando la RTU comenzó a procesar el mensaje y ocurre un error irrecuperable

 (5) Código 05H. Reconocimiento. La RTU aceptó el comando PROGRAM y comienza a procesar una respuesta de larga duración. Al terminar de procesar la respuesta, con un comando especial debe participar a la MTU que ha finalizado.  (6) Código 06H. Ocupado, Mensaje Rechazado. El mensaje fue recibido sin error, pero la RTU se encuentra procesando un comando de larga duración. La MTU debe retransmitir el mensaje después de un tiempo especificado. EJEMPLOS.

En la Fig. 5.31 se muestra el caso cuando la MTU le ordena a la RTU 1 cambiar el contenido del Registro 40003 a un valor 3072 (0C00H); la RTU cumplió el pedido.

Modbus TCP/IP

(también Modbus-TCP) es simplemente el protocolo Modbus RTU con una interfaz TCP que se ejecuta en Ethernet. La estructura de mensajería Modbus es el protocolo de aplicación que define las normas para la organización y la interpretación de los datos independiente del medio de transmisión de datos. TCP / IP se refiere al Protocolo de Internet y Protocolo de control de transmisión, que proporciona el medio de transmisión de mensajes Modbus TCP / IP. En pocas palabras, TCP / IP permite a los bloques de datos binarios que se intercambia entre los ordenadores. También es un estándar mundial que sirve de base para la World Wide Web. La función principal de TCP es asegurar que todos los paquetes de datos se reciben correctamente, mientras que IP se asegura de que los mensajes se abordan y colocados correctamente. Tenga en cuenta que la combinación de TCP / IP no es más que un protocolo de transporte, y no define lo que significa que los datos o cómo los datos se ha de interpretar (este es el trabajo del protocolo de aplicación, Modbus en este caso). 

Así que en resumen, Modbus TCP / IP utiliza TCP / IP y Ethernet para transportar los datos de la estructura del mensaje Modbus entre dispositivos compatibles. Es decir, Modbus TCP / IP combina una red física (Ethernet), con un estándar de red (TCP / IP), y un método estándar de representación de datos (Modbus como el protocolo de aplicación). En esencia, el mensaje Modbus TCP / IP es simplemente una comunicación Modbus encapsulado en una envoltura de Ethernet TCP / IP. 

TRAMA MODBUS TCP/IP

Aplicaciones

 Comunicación entre PLCs  Comunicación PLC-PC Comunicación entre Microcontroladores.  Comunicación entre diferentes dispositivos que soporte el Protocolo Modbus

¿Qué es un HMI?:

HMI (Human Machine Interface). Es una «Interface» (Pantalla, Display) con la que el Operador interactúa con la máquina, proceso o planta. En ese sentido desde un display de reloj es un HMI hasta una pantalla con «Interfaces gráficas» que describen un proceso complejo y con el cual el Operador puede Interactuar. No todo HMI tiene un SCADA asociado, pero si todo SCADA tiene HMI o HMI’s, recordemos que SCADA es toda una arquitectura en donde se integran recursos de Control, Comunicaciones, y de Visualización en una área geográfica grande. RSView32 de Rockwell es la Plataforma de Visualización utilizada por Andes Petroleum, tanto para las estaciones HMI locales como para las estaciones HMI SCADA.

Funciones de la Plataforma de Visualización:

*Monitoreo y visualización de los procesos de la planta • Proveer un entorno amigable para la interacción con el Operador. * Registro de tendencias históricas de las variables consideradas relevantes. * Configuración y registro de alarmas con niveles de jerarquía predefinidos. * Posibilidad de definición de perfiles de usuario por asuntos de seguridad y control. • En una estación de HMI NO SE REALIZA CONTROL, el control está en la lógica de los PLC’s, en las estaciones HMI se Monitorea el proceso, se puede cambiar set points, reconocer alarmas; es decir enviar comandos a los PLC’s.

SOFTWARE OPC • OPC

es una tecnología de comunicación con una arquitectura de cliente y servidor. Una aplicación actúa de servidor proporcionando datos y otra actúa como cliente leyéndolos o manipulándolos.

OPC

es, con mucha diferencia, la tecnología de comunicación industrial estándar. Ello permite el intercambio de información entre múltiples dispositivos y aplicaciones de control sin restricciones o límites impuestos por los fabricantes. Un servidor OPC puede estar comunicándose continuamente con los PLCs de campo, RTUs, estaciones HMI u otras aplicaciones. Aunque el hardware y el software provengan de diferentes marcas comerciales, el cumplimiento del estándar OPC posibilita la comunicación continua en tiempo real. Por ello, OPC ha permitido una mejor cooperación entre proveedores y usuarios, ayudando a construir soluciones completamente transversales, dando a los consumidores más poder de elección entre diferentes aplicaciones industriales. La interoperabilidad, las soluciones modulares y la libertad de elección han sido los grandes motivadores para que los usuarios de todo el mundo – y por tanto los proveedores – hayan incorporado OPC a sus entornos industriales. Si OPC es un estándar abierto es porque su interoperabilidad viene dada por la creación, mantenimiento y mejora de unas especificaciones estándar realizadas por un grupo de trabajo multidisciplinar y que no se decanta por ninguna marca en particular. 

La primera especificación fue resultado de la colaboración de un conjunto de fabricantes en colaboración con Microsoft. De ello resultó una tecnología basada en el DCOM de los sistemas operativos de Microsoft. La especificación detallaba un set de objetos, interfaces y métodos independientes para asegurar la interoperabilidad. La tecnología DCOM proporcionaba el framework para el desarrollo de las soluciones software de comunicación. Esa es la llamada especificación OPC Data Access.

* Los softwares que tienen la capacidad de adquirir datos de los dispositivos de campo y servirlos en OPC son los llamados Servidores OPC o OPC Servers. El gran beneficio que aportan es poder desvincular los sistemas de explotación de datos superiores de la casuística concreta de campo. Con ello, se consigue toda la información del sistema, aunque se tengan controladores, HMIs, RTUs, … de diferentes fabricantes que utilicen diferentes protocolos. * En su inicio, una aplicación OPC Server únicamente traducía un solo protocolo de un fabricante – Modbus, por ejemplo – a OPC DA. Actualmente, los OPC Servers líderes del mercado son capaces, desde una única aplicación, adquirir información de centenares de protocolos diferentes y sevirlos por OPC DA y OPC UA.

Indique 4 diferencias entre las redes Industriales AS-Interface y HART. *AS-Interface protocolo de interacción entre sensores y actuadores flexible ante equipos de diferente procedencia mientras que HART se implementa con equipos que tengan el mismo protocolo implementando tarjetas especiales para su conexión. * AS-Interface se implementa una modulación Manchester diferencial mientras que HART ocupa una modulación FSK. * AS-Interface la calibración es manual y compleja mientras que HART ocupa calibradores y configuradores lo que ayuda a que sea un proceso más automatizado. * AS-Interface permite la medición de las diferentes variables mientras que HART a de más de medición permite diagnosticar ejemplo (rotura en el sensor)

Explique los tipos de protocolos Modbus que existen.

Modbus RTU: Es utilizado para un medio de comunicación que permite el intercambio de datos entre los autómatas (PLC y PC). Se utiliza para los puertos en serie, es decir pueden cambiar información entre los dispositivos electrónicos, se utiliza la codificación binaria y tiene una fuerte verificación de errores. Este protocolo trabaja con un maestro y uno o varios esclavos.

Modbus ASCII: Es el protocolo más antiguo que contiene todos los elementos de un paquete RTU, pero expresada completamente en caracteres ASCII. Estos son caracteres hexadecimales que contienen 4 bits de datos cada uno por lo que se utilizó para los puertos en serie. El uso de este protocolo servía para analizar la actividad del puerto serie, monitorear múltiples puertos serie a la vez, emular la transmisión de datos a los dispositivos en serie de varios formatos como cadena, binario, decimal y hexadecimal, y la exportación de los datos monitoreados.

Modbus TCP/IP: Es un protocolo Modbus RTU con una interfaz TCP que se utiliza para Ethernet. Este sistema engloba los bloques de datos de solicitud y respuesta del Modbus RTU en un bloque TCP transmitido a través de redes estándar de Ethernet trabajan con las direcciones IP, por lo que el esclavo se convierte en el servidor y el maestro en el cliente,

porque puede haber más de un cliente que reciba datos de un servidor, por lo que puede haber varios maestros y varios esclavos, y se utiliza frecuentemente PLC, Sistemas SCADA y en sensores y actuadores. Modbus Plus: es un protocolo de red con alta velocidad entre pares. Está basado en la comunicación a través de un token bus. En definitiva, es un sistema completo con un medio predefinido y la aplicación de un sistema de comunicación de paso rápido.

* Para la comunicación entre 2 controladores diferentes es mejor trabajar con una red comunicación AS-I Este es un bus de comunicación conocido por su robustez y flexibilidad, ya que mediante la utilización de pasarelas de comunicación permiten la comunicación entre elementos controladores diferentes. Fue desarrollado especialmente para los niveles más bajos en los procesos de control. Trabaja mediante el estándar IEC 62026-2, por lo que es sencilla su conexión a diversos controladores.

CONEXION PROTOCOLO HART