Modbus RTU ağı oluştururken nelere dikkat etmeliyim?
Modbus RTU, orijinal olarak Modicon (şimdi Schneider Electric) tarafından geliştirilen master/slave mimarisinden (şimdi client/server) türetilmiş açık bir seri protokoldür.
Kullanım kolaylığı ve güvenilirliği nedeniyle yaygın olarak kabul gören bir seri seviye protokolüdür. Modbus RTU, Bina Yönetim Sistemleri (BMS) ve Endüstriyel Otomasyon Sistemleri (IAS) içinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Modbus RTU mesajları, Döngüsel-Yedekli Sağlama Toplamı içeren 16 bitlik basit bir yapıdır. Bu mesajların basitliği güvenilirlik sağlar. Bu basitlik nedeniyle, temel 16-bit Modbus RTU kayıt yapısı kayan nokta, tablolar, ASCII metin, kuyruklar ve diğer ilgisiz verileri paketlemek için kullanılabilir.
Bu protokol öncelikle iletişim için RS-232 veya RS-485 seri arayüzlerini kullanır ve piyasadaki her ticari SCADA, HMI, OPC sunucusu ve veri toplama yazılım programı tarafından desteklenir. Bu, Modbus uyumlu ekipmanı yeni veya mevcut izleme ve kontrol uygulamalarına entegre etmeyi çok kolaylaştırır.
RS485, seri veri iletişimini uygulamak için kullanılan RS232'ye benzer bir protokoldür. İki protokol, veri iletimini sağlamak için farklı elektrik sinyalleri kullanır. RS485 arabiriminin endüstriyel ortamlarda kullanılmasının nedenlerinden biri, aynı veri yoluna bağlı birden fazla cihaza hizmet verebilmesidir. Bu, birden fazla cihazı sorgularken birkaç arayüze sahip olma ihtiyacını ortadan kaldırır. Bunu bir veri yolu sonlandırıcısı kullanarak, bir anahtarı hareket ettirerek veya bir terminale vidalanmış küçük bir dirençle yapabilirsiniz.
RS485 ve RS232 protokolleri tamamen uyumlu olmadığından doğru arayüzün kullanıldığından emin olmak için dikkatli olunmalıdır. RS232 ve RS485 arayüzleri arasında bir ağ geçidi oluşturabilirsiniz, ancak genellikle RS485 protokolünün doğrudan USB veya Ethernet portlarına bağlandığını görürsünüz. Bu daha az pahalı yaklaşım, herhangi bir ek bileşenin kullanılması gerekliliğini ortadan kaldırır.
RS485 portlarını kullanan cihazlar genellikle Modbus protokolünü kullanır ve 1200 m'ye kadar mesafeleri kapsayan dengeli bir hat üzerinde yarı çift yönlü iletim sağlar. Yarı çift yönlü bir sistem, aynı anda yalnızca bir vericinin aktif olabileceği bir veya daha fazla verici ve alıcıdan oluşur. İletişim, bir vericinin belirli bir alıcıya yönelik bir talepte bulunmasıyla gerçekleştirilir. Verici daha sonra bir yanıt için önceden belirlenmiş bir süre bekler veya alıcıdan yanıt gelmeyeceğine karar verir.
RS485 ağı bir master/slave çerçevesi üzerine kuruludur. Master, alıcı olarak görev yapan belirlenmiş bir slave'e istekte bulunarak verici rolünü üstlenir. Master yanıt için dinler ve uygun bir zaman diliminde yanıt alınamazsa iletişimi sonlandırır. Bir Modbus RS485 ağında iletişim, ana cihaz bağlı bir bağımlı cihaza bir sorgu gönderdiğinde başlar. Bir slave cihaz, zamanını özellikle kendisine yöneltilen sorgular için ağı izleyerek geçirir. Bir sorgu alındığında, ya bir eylem gerçekleştirecek ya da master'a bir yanıt verecektir.
Sorgular yalnızca ana cihaz tarafından başlatılır.
Modbus protokolü, master'a mesajları belirli slave cihazlara adresleme veya tüm slave'lerle aynı anda iletişim kurma seçeneği sunar. Bu, özel bir "Yayın" adresi kullanılarak yapılır. Integra ve SPR gibi bazı ürünler bu yayın adresinin kullanımını desteklemez. Okuma ve yazma işlemleri bobinler kullanılarak Modbus mesajları aracılığıyla gönderilir.
Bir bobin 16 bitlik kelimelerden ve ikili kayıtlardan oluşur. Bir slave yalnızca alınan bir mesaja yanıt verebilir ve asla master ile iletişim başlatmaz.
RS485 veri yoluna paralel olarak bağlanan her slave cihaza benzersiz bir Modbus slave ID atanır. Tüm Modbus iletişimi, bir slave cihazını bir sorguyu kabul etmesi için uyarmak ya da master'a hangi cihazın yanıt verdiğini bildirmek için slave ID'nin gönderilmesiyle başlar. RS232 bağlantısının çalıştığı gibi, slave ve master cihazların doğru şekilde yapılandırılması gerekir. Hız ve parite gibi parametrelerin ağ boyunca senkronize edilmesi gerekir.
Master ve slave arasındaki Modbus iletişiminde kullanılan mesaj formatı protokolde tanımlanmıştır:
- Bir Modbus sorgusu, cihaz (veya yayın) adresi, istenen herhangi bir eylemi tanımlayan bir işlev kodu, istekle birlikte döndürülen veriler ve bir hata kontrol alanından oluşur.
- Bir Modbus yanıtı, istenen eylemin gerçekleştirildiğini doğrulayan alanlardan, yanıtla birlikte gönderilen verilerden ve bir hata kontrol alanından oluşur.
Bağımlı cihaz, isteği yerine getiremezse veya mesajın alınmasını etkileyen hatalar varsa, yanıt olarak bir hata mesajı oluşturur.
Modbus RTU (Uzak Terminal Birimi) modu mesajları farklı bir formatta iletir. Burada, 8 bitlik bir mesaj iki adet 4 bitlik onaltılık karakter içerir. Bu iletim modunu kullanan verilerin sürekli bir akış halinde gönderilmesi gerekir ve karşılaştırılabilir bir baud hızı için ASCII moduna göre daha iyi verim sağlar.
Modbus Ağ Veri Yolu Sonlandırıcısı veya NBT
Kullandığımız iletişim veri yollarının çoğu, Ağ Veri Yolu Sonlandırması (NBT) veya Hat Sonu (EoL) olarak da adlandırılır. RS485 / Modbus RTU iletişim kablosu için kullanılan bir hat sonlandırma direncidir. Bir iletim hattındaki yansıma, hareket halindeki bir dalganın hat boyunca ilerlerken gördüğü empedans süreksizliğinin bir sonucudur. Ağ kablosunun ucundan gelen yansımaları en aza indirmek için Bus'ın 2 ucunun her birinin yakınına bir Hat Sonlandırma yerleştirilmesi gerekir. NBT, döngü üzerindeki son cihaza kurulmalıdır.
Bazı Sentera cihazları dahili bir NBT atlama teli sağlar, en yeni tasarımlar ise ağ hattı sonlandırmasını etkinleştirmek için NBT'nin ayarlanabileceği veya ayarlanamayacağı bir Modbus tutma kaydı (HR 9) sunar. Cihazda NBT atlama teli veya kayıt kontrolü mevcut değilse, diferansiyel çift arasına 120Ω 1/2 W direnç yerleştirilmelidir.
Bus Terminatörleri her zaman gerekli değildir
Sahada bu sonlandırmalar her zaman mevcut değildir, özellikle de kısa çalışmalarda. Onlara ihtiyacımız var mı? Hat sonu sonlandırmalarına neden ihtiyaç duyduğumuzu açıklayan bir benzetme vardır: bir otobüs iki kişi arasında tutulan bir ip gibi davranır. Bir kişi konuşmak istediğinde halattan eşine doğru darbeler gönderir. Diğer kişi bu titreşimleri hisseder ve mesajın ne anlama geldiğini anlar. Yine de bu titreşimler kaybolmaz, ipi aşağı doğru sallayan kişiye geri yansır. Kayıplar onu yedikçe her seferinde biraz daha zayıflayarak ileri geri yansımaya devam edecektir. Bu yansımalar her iki kişi için de kafa karıştırıcıdır ve bu yanlış mesajı tekrar tekrar çözmeye çalışarak zaman kaybederler. İki ucu da sonlandırılmış bir otobüs, iki tarafı yaylarla sabitlenmiş bir halat gibidir. Darbeler uca ulaştığında, oradaki kişi bunları hissedebilir ve ardından darbeler yaylar tarafından emilir. Eğer yaylar uygun boyutta ise, darbeler "tamamen sönümlenecek" ve geri yansıma olmayacaktır.
Tipik olarak RS-485 kullandığımız için, hat sonu sonlandırması, kullandığınız kablonun karakteristik empedansı adı verilen bir şeye göre seçilir. Bu, üreticinin kablonun geldiği kutunun üzerine damgaladığı bir şeydir, bu yüzden sır değildir. Tipik olarak 108-120 ohm civarında bir şey kullanırız. Tam olarak bu değeri kullanmanız gerekmez, ancak yakın olmaya çalışın ve bundan çok daha düşük dirençler kullanmayın!
Her zaman bir hat sonu sonlandırmasına ihtiyacınız var mı? Pek değil, hayır. Bu iki şeye bağlıdır: iletişim hızı (baud hızı) ve veri yolu uzunluğu. Baud hızınız ne kadar düşükse, yansıma o kadar az önemli olacaktır. Mesafe ne kadar büyükse, yansıma o kadar önemli olacaktır. Yüksek hızlı veri yolları çok daha hassastır çünkü her şey çok daha düşük bir zaman ölçeğinde gerçekleşir. 38400 bps'de aktarılan tek bir bit sadece 26 mikrosaniye sürer. 9600 bps için bu süre 104 mikrosaniyedir. Yanlış yerde bir bit uzunluğu kadar süren bir voltaj yükselmesi iletişim hatalarına neden olabilir. Daha uzun veri yolları yansımaya karşı daha hassastır çünkü herhangi bir yansıma veri yolunda birkaç kez gidip geldikten sonra dağılma eğilimi gösterecektir. Daha uzun bir veri yolu için bu dağılma daha uzun sürer. Yeterince uzunsa, eski yansımalar hala etrafta zıplarken kontrolörler veri yolu üzerinde yeni mesajlar gönderebilir.
Modbus ağı için kablolama yönergeleri
Bir Modbus RS485 RTU ağı, bir ana cihazı bir veya daha fazla bağımlı cihaza bağlar. Bundan böyle, tüm Modbus cihazları için kablolama benzer olsa bile, Slave cihazlarını seri iletişimli ölçüm cihazları olarak kabul edeceğiz. Bu tür bir ağın kablolaması için uyulması gereken 9 ana kural:
1. Bağlantı portu
Her cihazın A ve /B olarak gösterilen 2 sinyalli bir iletişim portu vardır. Bu iki sinyal iletişim kablosunu bağlar, böylece iletişimde yer alan tüm cihazlar paralel olarak bağlanır.
Tüm 'A' terminalleri birbirine bağlanmalı ve tüm '/B' terminalleri sırasıyla birbirine bağlanmalıdır. Çok sayıda cihaz bağlandığında hataları önlemek için, A terminallerini bağlamak için aynı renkte kablolar kullanılmalı ve çeşitli cihazların /B terminallerine yapılan tüm bağlantılar için aynı renkte kablolar kullanılmalıdır (örneğin, A için mavi (/yeşil-beyaz) ve /B için yeşil (/mavi-beyaz)). Not: Bir cihazın 'A' ve '/B' bağlantılarının ters çevrilmesi sadece iletişim kurmasını engellemekle kalmaz, aynı zamanda yanlış bağlanan cihazın bağlantılarında bulunan yanlış doğrudan (polarizasyon) voltaj nedeniyle tüm iletişim sisteminin çalışmasını da durdurabilir. Bu, kablolama hatalarının tespit edilmesini kolaylaştırır.
2. Cihazlar arasında bağlantı
Birçok enerji dağıtım sisteminde olduğundan farklı olarak, cihazların paralel bağlanma şekli önemlidir. Modbus iletişimi için kullanılan RS485 sistemi, tüm cihazların mümkün olduğunca kısa dallarla bağlanması gereken bir ana kablo (veri yolu veya omurga) sağlar. Not: toplam uzunluk 1200 m'den uzun olmamalıdır! Daha uzun ağ iletişim hatları sinyal yansımalarına neden olabilir ve veri alımında bozulmalara ve sonuç olarak hatalara yol açabilir.
3. Maksimum mesafe ve maksimum cihaz sayısı
Ana kablo 700 m'den uzun olmamalıdır! Bu mesafeye dallar dahil değildir (yine de kısa olmalıdır). Bir ana kabloya bağlanabilecek maksimum cihaz sayısı Master dahil 247'dir.
Not: Kablolama sırasında PoM (Modbus üzerinden Güç) kullanıldığında maksimum akım tüketimini ve cihaz sayısını göz önünde bulundurun. Her zaman ağ içinde kullanılan ürünlerin veri sayfası bilgilerine başvurun.
4. Tekrarlayıcıların kullanımı
Modbus ağının kapsamını artırmak için, tekrarlayıcılar, her birine diğerinden aldıklarını aktaran iki iletişim portu ile sağlanan sinyal yükseltici ve yenileyici cihazlarla birlikte kullanılabilir. Bir tekrarlayıcı kullanarak, ana kablo farklı segmentlere bölünür ve 32 cihaz bağlanır (bu sayıya tekrarlayıcılar dahildir). Seri olarak bağlanması gereken maksimum tekrarlayıcı sayısı 3'tür. Daha yüksek bir sayı, iletişim sisteminde aşırı gecikmelere neden olur.
5. Kullanılacak kablo tipi
Kullanılacak kablo UTP cat 5e veya cat6 kablo gibi korumalı bükümlü çifttir, ancak eşdeğer özelliklere sahip farklı kablo türleri de kullanılabilir. İkiz, birlikte bükülmüş iki iletkenden oluşur. Ekranlama örgülü (ince iletken tellerden oluşan bir ağdan oluşur) veya folyo (iletkenlerin etrafına sarılmış bir metal tabakadan oluşur) olabilir. Not: Bu düzenleme elektromanyetik bozulmalara karşı bağışıklığı artırır çünkü kablo, her biri bir sonrakine ters yönde bakan bir dizi ardışık bobin oluşturur. Bu şekilde, ortamdaki herhangi bir manyetik alan her bir bobin çiftini zıt yönlerde kat eder ve böylece etkisi çok azalır (teorik olarak, her bir bobin üzerindeki etki bir sonraki üzerindeki etkinin tam tersidir, böylece etki iptal edilir)
6. Cihazların bağlanması
Bazı ülkelerde, iki kablonun aynı vidalı terminale takılmasına izin verilmektedir. Bu durumda, ana giriş ve çıkış terminalini bir branşman oluşturmadan doğrudan bir eşyanın terminallerine bağlamak mümkündür. Öte yandan, her terminal yalnızca tek bir kablo kabul edebiliyorsa, bağlanacak her ürün için üç yardımcı terminal kullanılarak uygun bir branşman oluşturulmalıdır. Kullanılacak doğru adaptör ürünü için satış elemanlarımıza danışın (ADPT-3RJ-TB gibi). Blendajlı bükümlü çift ve RJ45 konektörlü cihazların bağlanması durumunda böyle bir sorun yoktur.
7. Blendajın toprak bağlantısı
Kablo blendajı sadece bir noktada topraklanmalıdır. Normalde bu bağlantı ana kablonun bir ucunda yapılır.
8. Ağ Veriyolu Sonlandırma direnci
Sinyal yansımalarını önlemek için ana kablonun her bir ucuna 120 Ohm'luk bir sonlandırma direnci takılmalıdır. Sonlandırma direnci sadece ana kablonun uçlarında kullanılmalıdır. Ana kablonun toplam uzunluğu 50 m'den azsa, ana kablonun uçlarında sonlandırma dirençlerinden kaçınılabilir.
9. PC veya SenteraWeb'e bağlantı
Kullanılan master bir kişisel bilgisayar ise veya devreye almadan önce ağ kablolamasının doğrulanması gerekiyorsa, bir USB - RS485 seri dönüştürücü (CNVT-USB-RS485-V2),
uygun kablolamayı ve işlevselliği kontrol etmek için veri yoluna bağlantı sağlar. İnternet bağlantısına ihtiyaç duyulması halinde, SenteraWeb'e bağlanmak için bir iletişim köprüsü olarak Modbus RTU ağının içine bir İnternet Ağ Geçidi ürünü yerleştirilebilir. Bu seçenek, kurulu cihazlara herhangi bir konumdan bağlanma konusunda size tam bir özgürlük sağlar. Doğru ürün kodları için lütfen doğrudan satış departmanımıza danışın.