ما هو بروتوكول الاتصالات Modbus

يُشار إلى بروتوكول “Modbus” عموماً باسم أساس الشبكات الصناعية، وفي العصر الحالي لخدمات الويب وبروتوكولات الاتصال عبر الإنترنت، يُعد الاتصال وطلب الاستجابة أمراً مهماً من الناحية العملية، كما يتم تكوين بروتوكولات “Modbus” بسهولة وفقاً للمتطلبات الصناعية والتجارية، وكذلك التطبيقات الواسعة الانتشار في مجالات متعددة.

تعريف بروتوكول الاتصالات Modbus:

بروتوكول الاتصالات “Modbus”: هو هو معيار “RTU” المفتوح، حيث يقوم العديد من المؤسسات والمهندسين بتطبيقه في أجهزتهم دون تضمين أي نوع من المدفوعات، ويعتبر هذا البروتوكول هو بروتوكول الاتصال الأكثر انتشاراً، ويمكن الوصول إليه بشكل عام كوسيلة لربط المعدات الإلكترونية الهندسية.

كما أنّ “Modbus” هو بروتوكول الاتصال المستعمل لإرسال المعلومات بين المعدات الإلكترونية عن طريق الخطوط التسلسلية أو من خلال اتصالات “Ethernet“، وفي حالة قياسية مفتوحة يمكن لأي شخص تنفيذها، كما يتم استخدام هذا للاتصال بنظام يتحكم باستخدام “RTU” في “SCADA” في مجال الطاقة.

يتم تعريف بروتوكول “Modbus” جيداً على أنّه بروتوكول مسؤول وفرع، ممّا يعني أن الأداة التي تعمل بصفتها الرئيسية ستصنع إمّا أداة واحدة أو أكثر تعمل كفرع، ويشير هذا إلى أنّ الفرع لن يقوم بالبيانات وعليه الانتظار حتى يُطلب منه المعلومات، وسيقوم المسؤول بتدوين المعلومات إلى الأجهزة التابعة، ثم يقرأ المعلومات من سجلات الفرع إلى المسؤول، وسيكون هناك دائماً عنوان مسجل من منظور سجلات الفرع.

• “SCADA” هي اختصار لـ “Supervisory control and data acquisition”.

• “RTU” هي اختصار لـ “Remote Terminal Unit”.

كيفية عمل بروتوكول اتصالات Modbus:

نظراً لأنّ الوحدة الطرفية البعيدة “RTU” من هذا النوع من المعايير المفتوحة تعتمد أسلوباً رئيسياً وتابعياً لإنشاء اتصال عبر أجهزة مختلفة، فإنّ هذا يتوافق مع أي نوع من التطبيقات التي تعتمد أسلوب “RTU” وسيمتلك جهاز “Modbus” الرئيسي وجهاز واحد على الأقل، ويشير هذا بوضوح إلى أنّ الفرع لن يقوم بالبيانات، وعليه الانتظار حتى يُطلب منه المعلومات.

يتم تفعيل الاتصال الرئيسي والتابع عبر الأجهزة إمّا من خلال الحافلات التسلسلية أو الشبكات، وفي نهج “OSI” يتم وضع “Modbus” في الطبقة السابعة، والهدف من ذلك هو حاجة البروتوكول ثم تسليم الخدمات المقابلة المذكورة بواسطة الرموز الوظيفية، وهذه الرموز الوظيفية لبروتوكول “Modbus RTU” هي عناصر حاجة “Modbus”.

من أجل تطوير وحدة بيانات تطبيق “Modbus”، يجب أن تحفز وحدة التسليم معاملة الجهاز، وهذه هي العملية التي تُعلم الخادم بالعمل على نوع العملية المحدد، كما يتم تعيين تصميم الطلب الذي تم إرسال الحاجه إليه بواسطة الجهاز الرئيسي بواسطة بروتوكول التطبيق، ثم سيقوم بترميز رمز الوظيفة على أنّه “8 بتات” أي بايت واحد، وتُعتبر فقط رموز الوظائف المتوفرة في النطاق “1-25” صالحة، أمّا الرموز “128-255” يتم وضعها للاستجابات الاستثنائية.

عندما يكون هناك طلب أي رسالة من الرئيسي إلى التابع، فهذا يعني أنّ حقل رمز الوظيفة هو الذي يُخبر الخادم بتنفيذ الإجراء المطلوب، وبالنسبة لبعض العمليات سيتوفر لها بعض الرموز الوظيفية الفرعية أيضاً، وعلى سبيل المثال يستطيع الجهاز الرئيسي قراءة انتقالات التشغيل والإيقاف لمجموعة من المدخلات أو المخرجات المختلفة.

كما أنّه إمّا يقرأ أو يكتب المعلومات الخاصة بمجموعة من سجلات “Modbus”، وعندما يتلقى المسؤول استجابة الفرع، يتم استخدام حقل رمز الوظيفة من قبل الفرع للإشارة إمّا إلى أنّها استجابة غير استثنائية أو استثنائية، وسوف يتردد صدى الجهاز التابع لطلب رمز الوظيفة الأول في وجود استجابة طبيعية.

• “OSI” هي اختصار لـ “Open Systems Interconnection”.

رموز الوظائف في بروتوكول Modbus:

يخصص بروتوكول “Modbus” رموز وظائف متعددة للحصول على إمكانية الوصول إلى السجلات، وتتوفر بشكل أساسي أربع مجموعات بيانات متنوعة تتميز بـ” Modbus”، وهنا قد يحدث تداخل بين أرقام التسجيل أو العناوين، لهذا السبب يجب تحديد تعريف دقيق، حيث تُعد العناوين مطلوبة وحيث تكون الرموز الوظيفية مطلوبة.

الفرق بين بروتوكول Profibus وبروتوكول Modbus:

يتميز “Modbus” بتصميم بسيط وعملية مبسطة، ويمكن الانتقال إليها بسهولة، وعلى الرغم من وجود بعض الاختلاف في البروتوكول في حد ذاته وفي تعريف الطبقة المادية، فإنّ هذا يعمل على حدوث مشكلات في العمليات متعددة الأماكن، وفي حين أنّ “Profibus” هو البروتوكول الأكثر تعقيداً الذي تم إنشاؤه لأتمتة الصناعات بأكملها تعمل بشكل استثنائي في وظائف الأماكن المتعددة التي تحتوي على أجهزة مودم وتشخيصات شاملة.

في وقت اتصال الجهاز الذكي بوحدة التحكم في نهج من نقطة إلى نقطة، أو إذا كان هناك موقع بعيد واحد، فإنّ “Modbus” يقدم هذا الأسلوب على أفضل وجه، وفي الظروف التي يوجد فيها أكثر من نقطة واحدة ممّا يعني وجود أماكت متعددين، فإنّ “Profibus” يخدم في أفضل حالاته، كما يستخدم هذا التطبيق “Modbus” لإرسال البيانات بين وحدة التحكم الرئيسية ومركّز البيانات الذي له موقع بعيد، حيث يستخدم “Profibus”.

إصدارات البروتوكول Modbus:

تتوفر إصدارات البروتوكول في هذا الجهاز لكل من منافذ “Ethernet” والمنافذ التسلسلية، ومتغيرات بروتوكولات “Modbus” هي:

أولاً: بروتوكول Modbus RTU:

لتحقيق اتصال بروتوكول، يمثل هذا البيانات بتنسيق ثنائي ويستخدم في الغالب في الاتصال التسلسلي أمّا الرسائل في هذا الإصدار مقسمة حسب فترات التوقف، والتنسيق المستخدم في إصدار “RTU” هو فحص التكرار الدوري للتأكد من الآلية وهذا يحقق موثوقية البيانات.

ثانياً: بروتوكول Modbus ASCII:

لتحقيق اتصال بروتوكول، يتم اعتماد أحرف “ASCII” ويتم تنفيذها في الغالب في الاتصال التسلسلي، أمّا الرسائل في هذا الإصدار مقسمة بنقطتين (“) والسطر الجديد اللاحق (/)، والتنسيق المعتمد في إصدار “ASCII” هو فحص التكرار الطولي للتأكد من الآلية.

• “ASCII” هي اختصار لـ “American Standard Code For Information Interchange”.

ثالثاً: بروتوكول Modbus TCP:

يتم تنفيذ هذا الإصدار من “Modbus” للاتصالات من خلال شبكات “TCP / IP” التي تربط عبر المنفذ “502”، كما لا يحتاج هذا المتغير أي نوع من حسابات المجموع الاختباري، حيث تتيح المستويات الأدنى نفسها ذلك.

ملاحظة:“TCP / IP” هي اختصار لـ “Transmission Control Protocol/Internet Protocol”.

رابعاً: Modbus Plus:

“Modbus Plus”: هو البديل الحاصل على براءة اختراع “لشنايدر إلكتريك” وعلى عكس الأنواع الأخرى من المتغيرات فهو يدعم نوع الاتصالات من نظير إلى نظير بين مختلف الأماكن، كما يحتاج إلى معالج مشترك ملتزم لإدارة “HDLC” السريع مثل تباين الرمز المميز.

كما إنّه يستخدم زوجاً ملتوياً بسرعة “1 ميجابت / ثانية” ويتكون من عزل محول يوضع في كل عقدة، كما يُعد نوع معين من الأجهزة ضرورياً لإنشاء اتصال بين “Modbus +” وأجهزة الكمبيوتر، مثل ناقل “ISA”.

• “HDLC” هي اختصار لـ “High level Data Link Control”.

• “ISA” هي اختصار لـ “Industry Standard Architecture”.

خامساً: الأنواع الأخرى من إصدارات البروتوكول هي:

• إنرون.

• بيموكس.

• “Modbus” عبر “UDP“.

ملاحظة:“UDP” هي اختصار لـ “User Datagram Protocol”.

تطبيقات Modbus:

• تستخدم في مجال الرعاية الصحية لتحليل مستويات درجة الحرارة الآلية.

• تحليل سلوك المرور.

• تم تنفيذه في التشغيل الآلي للمنزل لنقل البيانات بشكل انسيابي.

• يعمل في صناعات مثل الغاز والنفط والطاقة الحرارية الأرضية والطاقة المائية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية.