J.P.C. GUTIERREZ - MANUTENÇÃO INDUSTRIAL: MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE COMUNICAÇÃO RS 485/MODBUS RTU DA S/E

 

Os protocolos Modbus são componentes essenciais no domínio da automação industrial e sistemas de controle. Projetado em 1979 pela Modicon (agora Schneider Electric), o Modbus foi desenvolvido como uma forma de permitir a comunicação entre Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) e outros dispositivos em redes industriais. Com o tempo, o protocolo evoluiu e sua versatilidade o tornou uma escolha popular em diversos setores, com destaque entre os protocolos RTU e TCP.

O Modbus TCP aproveita redes Ethernet e IP para comunicação, proporcionando maior velocidade e escalabilidade em ambientes mais complexos e exigentes. O Modbus TCP é comumente encontrado em aplicações que exigem comunicação de alta velocidade, como geração de energia, petróleo e gás e gerenciamento de data center.

Estrutura do quadro Modbus RTU

A estrutura do quadro de mensagens Modbus para RTU foi projetada para facilitar a comunicação entre dispositivos, garantindo que os dados sejam organizados e transmitidos de forma eficiente. Cada campo dentro desses quadros serve a um propósito específico, conforme discutido abaixo.

Campo Endereço: Este campo ocupa 1 byte e contém o endereço do dispositivo (escravo) ao qual a mensagem se destina. Os endereços podem variar de 1 a 247, permitindo no máximo 247 dispositivos em uma única rede, através de repetidores.

Campo Código de Função: Este campo de 1 byte indica o tipo de operação a ser realizada pelo dispositivo escravo, como leitura ou gravação de dados. Os códigos de função podem ser padrão (1-127) ou definidos pelo usuário (128-255).

Campo de dados: O campo de dados contém as informações que precisam ser transmitidas entre dispositivos. Seu tamanho varia (até 252 bytes) dependendo do código da função e da quantidade de dados envolvidos na operação.

Campo CRC (Cyclic Redundancy Check): O campo CRC de 2 bytes é utilizado para detecção de erros, garantindo a integridade dos dados durante a transmissão. É calculado com base no conteúdo de todo o quadro, excluindo o próprio campo CRC.

Um quadro Modbus típico começa com um intervalo silencioso de pelo menos 3,5 vezes o período de um caractere, seguido pelo campo de endereço, um campo de código de função, um campo de dados e, finalmente, o campo CRC. Após o campo CRC, outro intervalo silencioso de período semelhante marca o final do quadro.

Os dados no Modbus (RTU e TCP) são armazenados em registradores Modbus, que são locais de memória para armazenar diferentes tipos de dados, nomeadamente inteiros, binários, ponto flutuante, tipos de dados personalizados, etc. para 65.535. Os registros Modbus mais comumente usados são Bobina, Entradas Discretas, Registros de retenção e Registros de entrada.

Esta estrutura dota o Modbus RTU com um esquema de comunicação simples e eficiente, o que contribui para sua robustez e confiabilidade em aplicações industriais.

Layout de rede (Daisy Chain, Star etc)

Vários tipos de topologias de rede são possíveis, mas a configuração de barramento em cadeia é a mais eficiente. Uma “Estrela” ou uma rede com “Stubs (Tees)” não é recomendada, pois os reflexos dentro do cabo podem resultar em corrupção de dados. 

Existem muitas topologias de rede comuns, mas a ligação em cadeia é a mais confiável para redes RS485.

RECOMENDAÇÕES AOS ELETRICISTAS:

Problemas de fiação RS485 / Modbus RTU

Ao solucionar problemas de uma configuração Modbus, os erros de “sem resposta do escravo” podem ser os mais difíceis de solucionar porque significam que nenhuma atividade está sendo reconhecida entre o escravo e o mestre.

Verificações básicas para ausência de resposta por erro de escravo:

Verifique se os parâmetros de configuração de comunicação estão corretos (taxa de transmissão, etc.).

Verifique se o endereço do escravo corresponde ao id atribuído no registrador de dados

Verifique a fiação Modbus

Verifique a polaridade invertida nas linhas RS485. Se não tiver certeza, tente trocá-los.

Caso não tenha resolvido, siga as seguintes recomendações:

Se você não conseguir resolver seguindo as verificações básicas acima, será necessário verificar a rede RS485 com mais detalhes, verificando todas as recomendações abaixo.

Cada instalação é única e possui características próprias que podem ser complicadas, até certo ponto, até mesmo para os integradores mais experientes. Além disso, com a pressão normalmente envolvida nestas situações com prazos curtos para comissionamento e indisponibilidade de engenheiro local qualificado, muitas vezes são cometidos erros triviais. Assim, oferecemos algumas dicas para ajudar a planejar e depurar o funcionamento da sua Rede RS485

1. Cabo de conexão - Leia isto se estiver usando cabos aleatórios em vez de cabos RS485 blindados e torcidos:
2. Layout de rede (Daisy Chain, Star etc)
3. Roteamento de cabos para comunicação com cabos de alimentação ?
4. Resistores de terminação -Sim, você precisa ligar!
5. Vários mestres em uma rede

Criar uma rede RS485 gradativamente: Começar com um escravo e adicionar os demais um por um, verificando se o funcionamento da rede ainda está correto. Caso haja algum problema, a depuração é muito mais fácil.

Cabo de conexão - Se estiver usando cabos aleatórios em vez de cabos RS485 blindados e torcidos:

Geralmente, é recomendado um fio blindado e de par trançado, como Belden 9841 (par único) ou 9842 (dois pares) com uma impedância característica de 120 ohms, que também deve ser terminado em cada extremidade com um resistência de 120 ohm, um quarto de watt (ou superior).

 

1.    Certificar-se de não usar fios elétricos aleatórios para evitar problemas a longo prazo.

2.    Cabo RS485 blindado e de par trançado é sempre recomendado - A blindagem ajuda a proteger seus sinais contra a captação de ruídos dispersos de fiação próxima e outros equipamentos elétricos. A proteção trará poucos benefícios apenas em sua bancada ou em corridas curtas sem nenhum outro equipamento por perto, mas seu valor aumenta à medida que aumenta a exposição a fontes de ruído.

3.    A bitola do fio é normalmente bitola 22 ou algo próximo disso. O número do medidor em si não é importante. O importante é manter a resistência e a capacitância tão baixas quanto possível. Quanto mais longa for a rede, mais importante será usar um fio de boa qualidade. Os fabricantes de fios possuem fios projetados especificamente para redes de dados.

Resistores de terminação 

A rede RS485 deverá incluir terminação de cabo conforme especificações do protocolo Modbus. Verifique se os resistores de terminação não estão configurados corretamente.

É necessário, embora a maioria das coisas funcione sem qualquer terminação em distâncias curtas, mas no campo, ele é necessário e deve estar localizado em ambas as extremidades da linha e apenas nas duas extremidades da linha. Normalmente esta terminação consiste em um resistor de 120 ohms entre as duas linhas de dados em cada extremidade da linha.

A terminação é necessária para evitar reflexões na linha. Pense em jogar uma pedra em águas calmas perto de um muro de pedra. Quando as ondulações atingem a parede, elas voltam para onde a pedra foi lançada. Os dados em uma longa linha de transmissão sem terminação farão essencialmente a mesma coisa. Quando a reflexão volta a um ponto onde algo está tentando ouvir a linha, o receptor verá os dados originais e os dados refletidos, e o receptor ficará rapidamente confuso e acabará com dados distorcidos. Os dados distorcidos serão descartados, pois não passam nos testes de enquadramento e/ou soma de verificação.

Vários mestres em uma rede

A rede RS 485 deve ter apenas 1 dispositivo mestre (registrador de dados) até e a menos que você esteja usando equipamentos adicionais para obter configuração de vários mestres.

Para facilitar o entendimento em situações gerais – Um Inversor deve ser conectado apenas a 1 único Data Logger.

O protocolo Modbus-RTU permite apenas um mestre e a adição de um segundo pode interferir no funcionamento da rede ou impedir completamente as comunicações.

38 anos de experiência !!!

Juan Pablo Capitani Gutierrez