Estrutura de Mensagem Modbus: Detalhes Técnicos

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Mensagem Modbus:

O protocolo Modbus é uma das tecnologias mais utilizadas para a comunicação entre dispositivos em sistemas de automação industrial. Criado em 1979 pela Modicon (agora Schneider Electric), o Modbus continua a ser uma escolha popular devido à sua simplicidade, facilidade de implementação e compatibilidade com uma ampla variedade de equipamentos. Este artigo explorará em detalhe a estrutura de mensagem Modbus, fornecendo uma análise técnica dos elementos que compõem uma mensagem Modbus e como eles são usados para facilitar a comunicação entre dispositivos.

1. A Estrutura de Mensagem Modbus

O Modbus é um protocolo de comunicação baseado em mensagens. Isso significa que os dispositivos que utilizam Modbus comunicam-se enviando e recebendo pacotes de dados formatados em uma estrutura específica, conhecida como a “estrutura de mensagem Modbus”. Cada mensagem Modbus contém uma variedade de informações, incluindo um endereço, uma função de código, uma quantidade de dados e uma soma de verificação para garantir a integridade dos dados.

A estrutura de mensagem Modbus é o que permite aos dispositivos interpretar e responder adequadamente às mensagens recebidas. Por exemplo, ao receber uma mensagem Modbus, um dispositivo pode usar o endereço na mensagem para determinar se a mensagem é destinada a ele e usar a função de código para determinar qual ação deve ser tomada.

A estrutura da mensagem Modbus é também o que torna o protocolo tão flexível e amplamente aplicável. Como a estrutura da mensagem é bem definida e relativamente simples, é fácil para os fabricantes de dispositivos integrar suporte para Modbus em seus produtos.

2. Detalhes Técnicos: O Protocolo Modbus

O protocolo Modbus é um protocolo de camada de aplicativo que funciona em muitos meios de transmissão, incluindo Ethernet, RS-485, RS-422, RS-232 e mais. Existem três versões principais do protocolo – Modbus ASCII, Modbus RTU e Modbus TCP/IP – cada uma com suas próprias características e usos.

Modbus ASCII e Modbus RTU são usados para comunicação serial, enquanto Modbus TCP/IP é usado para comunicação Ethernet. Modbus ASCII e RTU diferem principalmente na forma como os dados são codificados, com Modbus ASCII usando codificação ASCII para representar os dados e Modbus RTU usando codificação binária. Modbus TCP/IP, por outro lado, adiciona um cabeçalho MBAP (Modbus Application Protocol) à estrutura da mensagem Modbus para permitir a comunicação em redes Ethernet.

LR-7520 – Módulo Conversor Bi-direcional RS-232 para RS-485, Isolação 3000Vdc na RS-232

Estrutura de Mensagem Modbus
Estrutura de Mensagem Modbus: Detalhes Técnicos 3

3. Entendendo os Campos da Estrutura de Mensagem Modbus

A estrutura de mensagem Modbus é composta por vários campos. Cada campo tem um propósito específico e desempenha um papel crucial na comunicação Modbus. Os campos de uma mensagem Modbus são:

  • Endereço do dispositivo: Este campo identifica o dispositivo ao qual a mensagem é destinada. Cada dispositivo em uma rede Modbus tem um endereço único.
  • Função de Código: Este campo identifica a ação que o dispositivo destinatário deve executar. Por exemplo, um código de função pode instruir um dispositivo a ler ou escrever dados.
  • Dados: Este campo contém os dados que estão sendo enviados ou solicitados. Os dados podem ser entradas digitais, saídas analógicas, registros de holding, etc.
  • Soma de Verificação: Este campo é usado para verificar a integridade dos dados. É calculado a partir de todos os outros campos da mensagem e é usado pelo dispositivo destinatário para detectar erros de transmissão.

4. Dissecando a Estrutura de Mensagem Modbus: Função de Código

Cada mensagem Modbus inclui um código de função que informa ao receptor o que fazer. Cada código de função é associado a uma operação específica, como leitura ou gravação de dados. Por exemplo, o código de função 3 é usado para ler múltiplos registros de holding, enquanto o código de função 16 é usado para escrever múltiplos registros de holding.

Os códigos de função não só determinam a ação que o dispositivo destinatário deve executar, mas também a estrutura dos dados no campo de dados da mensagem. Por exemplo, para o código de função 3, os dados consistirão em um endereço de início e a quantidade de registros a serem lidos.

5. Estrutura de Dados Modbus: Endereçamento e Dados

No protocolo Modbus, o endereçamento é usado para especificar a localização dos dados na memória do dispositivo. O endereço é incluído no campo de dados da mensagem Modbus e é usado junto com o código de função para determinar a ação a ser realizada.

Os dados em uma mensagem Modbus dependem do código de função usado. Para funções de leitura, os dados representam a quantidade de pontos a serem lidos e o endereço inicial. Para funções de gravação, os dados representam os valores a serem escritos e o endereço onde devem ser escritos.

6. Exemplos Práticos de Estrutura de Mensagem Modbus

Para entender melhor como a estrutura da mensagem Modbus funciona na prática, vamos considerar alguns exemplos. Suponha que temos um dispositivo Modbus com endereço 1 e queremos ler os registros de holding a partir do endereço 30001.

No Modbus RTU, a mensagem seria algo como 01 03 00 00 00 10 CRC, onde 01 é o endereço do dispositivo, 03 é o código de função para ler múltiplos registros de holding, 00 00 é o endereço de início (30001 em endereçamento Modbus), 00 10 é a quantidade de registros a ler (16 em hexadecimal) e CRC é a soma de verificação.

No Modbus TCP/IP, a mesma operação seria realizada adicionando um cabeçalho MBAP à mensagem. O cabeçalho MBAP inclui um identificador de transação, um identificador de protocolo, um campo de comprimento e um campo de unidade.

LRM-7069 – Módulo RS-485 Modbus RTU e DCON, Relés Potência, 4 Form A, 4 Form C, Isolação 3750VDC

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7. Análise de erros na Estrutura de Mensagem Modbus

A soma de verificação na estrutura da mensagem Modbus é usada para detectar erros que podem ter ocorrido durante a transmissão da mensagem. Se a soma de verificação calculada pelo receptor não corresponder à soma de verificação incluída na mensagem, o receptor sabe que ocorreu um erro.

Além disso, o protocolo Modbus inclui códigos de função de erro que podem ser usados para indicar vários tipos de problemas. Por exemplo, se o dispositivo receptor receber uma função de código que não suporta, ele pode responder com um código de função de erro.

8. Conclusão: A Importância do Modbus na Comunicação Industrial

A estrutura da mensagem Modbus é um elemento fundamental do protocolo Modbus, permitindo a comunicação eficiente e eficaz entre dispositivos em sistemas de automação industrial. Embora o protocolo Modbus seja simples, ele é também extremamente poderoso e flexível, tornando-o uma escolha ideal para muitas aplicações industriais.

A capacidade de entender e trabalhar com a estrutura da mensagem Modbus é uma habilidade valiosa para qualquer pessoa trabalhando com automação industrial ou dispositivos que utilizam o protocolo Modbus.

Conclusão

A estrutura de mensagem Modbus é um conceito crucial para quem trabalha com automação industrial e dispositivos que utilizam o protocolo Modbus. Com o conhecimento da estrutura de mensagem Modbus e como ela funciona, os engenheiros e técnicos podem diagnosticar problemas, otimizar a comunicação entre dispositivos e implementar soluções mais eficientes e eficazes.

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Referências:

  1. MODBUS Application Protocol Specification V1.1b3

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