Modbus

AutomaçãoSubestaçõesCentrosControle

Paulo Roberto Pedroso de Oliveira(11) 3378 8600 (11) 9935 9080ASCC – Automação de Subestações e Centros de [email protected]://www.ascx.com.br

Protocolo MODBUS


� Interconexão e Interoperabilidade� Confiabilidade (detecção e correção de erros)� Resiliência (falhas topológicas)� Modelo OSI de 7 camadas� Camada Física

� RS 232 – fios de cobre� RS 485 – fios de cobre� Ethernet – fios de cobre� Ethernet – Fibra ótica

� Protocolos Proprietários – Courrier, SPA, LON

Protocolos de ComunicaçãoRegras que governam a comunicação entre dispositivo s eletrônicos


Protocolos de Comunicação Abertos Regras que governam a comunicação entre dispositivo s eletrônicos

� 4 a 20 ma.� Protocolos seriais.

� IEC 60870 101� DNP3� MODBUS

� Protocolo Setor Elétrico com arquitetura de Redes (LAN/WAN),orientado a objetos.

� IEC 61850� Protocolos Industriais com arquitetura de Redes (LAN/WAN),orientado a objetos.

� Profibus� Foundation� DeviceNet

� OPC – OLE for Process Control – Compatibilizar vários p rotocolos com Supervisórios e níveis superiores da aplicação.

Modelo Mestre / Escravo

Modelo de Rede Multcast


MODBUS Padrão especificado em 1979. Comunicação Serial Mestre / Escravo ou Rede Cliente / Servidor

Functions Codes – PDU – Protocol Data Units

Port 502

Token pass



A INFORMAÇÃO NA CADEIA DE AQUISIÇÃO

Telessinal Ponto Simples

0 Aberto1 Fechado

Telessinal Ponto Duplo

0 0 Em trânsito0 1 Aberto1 0 Fechado1 1 Estado Proibido

Telecomando Simples

0 Abrir1 Fechar

Posição Seccionadora ou Disjuntor Tele comando

A IMPORTÂNCIA DA COMPATIBILIDADE ENTRE OS VÁRIOS ELOS

Formato dos dados e escalas de engenharia

Processo ElétricoFiação – Relação TP TCTrandutores 4 A 20 mA

IED ou UTRConversores A/DBanco de Dados

Protocolo de ComunicaçãoConfiguração do Protocolo

Centro de OperaçãoBanco de DadosCliente da UTRServidor do Aplicativo Gerencial

Telecomando Duplo

0 0 Comando Proibido0 1 Abrir1 0 Fechar1 1 Comando Proibido

Medição KV, A, MW, MVar

Conversor de12 bits

Conversor de 16 bits

Inteiro

Ponto Flutuante

Escalas de EngenhariaRelações de TP e TCConversores A / D

ByteWordLong Word

Aplicativo GerencialSoftwares Visuais


Agilidade na Comunicação (Throughput)Tempo decorrido entre a deteção de um evento e a

atuação de uma saída baseada em uma decisão lógica.

•1. Taxa de Transmissão•1,2 à 19,2 KBps – IEC60870 101, DNP3, MODBUS•100 MBps – IEC 61850 – TCP/IP

•2. Eficiência do Protocolo – Overhead – Número total •de bytes da mensagem em relação à mensagem útil - dados.

•IEC 60870 101, DNP3, Modbus – otimizados para mínimooverhead•IEC 61850 TCP/IP – pouco otimizado em função daslarguras de banda disponíveis atualmente

•3. Modelo da Rede•3.1. ORIGEM / DESTINO•3.2. PRODUTOR / CONSUMIDOR ( Publisher / Subscriber )

( Publicador / Assinante ) IEC 61850


Modelos de Rede de AutomaçãoProtocolos

� ORIGEM / DESTINO - Mestre / Escravo� Modelo tradicional, mais fácil de ser implementado� Repetição do mesmo dado, quando só o endereço é diferente� Taxa de transmissão – 1,2 à 19,2 KBps� IEC 60870 101, DNP3, MODBUS

� PRODUTOR / CONSUMIDOR – Multcast.� Múltiplos Nós podem consumir simultaneamente os dados de

um mesmo PRODUTOR.� Utilização mais eficiente da banda de comunicação – 100 MBps� Pode assumir configuração Mestre/Escravo, Polling ou Mudança

de Estado� IEC61850


INFORMAÇÃO – 2 Tipos

� 1. Não necessita referência externa : Meu endereço é Rua Dourada 1000, CEP 13.211-111, Jundiaí/SP-Brasil.

� 2. Necessita referência externa : Meu nome éPaulo Oliveira e meu endereço está na lista telefônica.

� No caso 2 a referência externa é a Lista Telefônica, que necessito consultar para achar o endereço do meu amigo. Indexação externa.


2 Exemplos – S/E BAN linha para XAVInformação 1 - Disjuntor está fechadoInformação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV

S/E BAN UTR

Centro de Operação do Sistema

60 kmInformação

01001010

01001010

01001010

01001010

11110010

00011010

01001010

Informação 1 - Disjuntor está fechado – 1 bit

Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV2 Bytes ou 4 números hexadecimal – F21A

Banco de Dados da UTR deve ser compatível com o do SSC ( COS ).

0 aberto1 fechado

n

.

23

24

28

29

30

26

27

25



S/E BANUTR

Centro de Operação do SistemaO N S

60 kmInformação

01001010

01001010

01001010

01001010

11110010

00011010

01001010

Protocolos DNP 3, IEC 101,MODBUS Linha Serial

Informação 1 - Disjuntor está fechado – 1 bit

Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV2 Bytes ou 4 números hexadecimal – F21A

Banco de Dados da UTR deve ser compatível com o do SSC ( COS ).

0 aberto1 fechado

n

.

23

24

28

29

30

26

27

25



Centro de Operação do SistemaO N S - Brasília

60 kmInformação

Informação 1 - Disjuntor está fechado

BAN / XCBR1.Pos.stValVai a informação completa, sem necessidade de referência externa.Configura-se na origem e passa um arquivo XML para configurar o computadordo COS. Simplifica trabalho de configuração.

Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV

BAN / MMXU / F21A

Banco de Dados da UTR “independe” do Banco de Dados do SSC ( COS ).



Centro de Operação do Sistema

60 kmInformação

Informação 1 - Disjuntor está fechado

BAN / XCBR1.Pos.stValVai a informação completa, sem necessidade de referência externa.Configura-se na origem e passa um arquivo XML para configurar o computadordo COS. Simplifica trabalho de configuração.

Informação 2 – BAN está recebendo 600 MW de XAV

BAN / MMXU / F21A

Banco de Dados da UTR “independe” do Banco de Dados do SSC ( COS ).

IEC 61850 Rede TCP/IP


Modelo do Protocolo MODBUS

Aplicação

Físico

Aplicação

Físico

Objeto de dados Ex: S/E BAN Disjuntor 7 abriuMODBUS - Funções e Mapas de MemóriaDisjuntor 7 Aberto - Informação => B 7 0

B 7 0

B 7 0

Encapsular

Coloca a informaçãona Tela do Operadorna S/E ou no COS

1

2

B 7 0

B 7 0

Desencapsular

Origem - S/E BandeirantesDestino – COS São Paulo

End crcEnd crc


Camada FísicaInterfaces e Conexões

EquipamentoTerminal de

Dados(DTE)

EquipamentoTerminal doCircuito de

Dados(DCE)

EquipamentoTerminal doCircuito de

Dados(DCE)

EquipamentoTerminal de

Dados(DTE)

Circuito de Dados

Canal Serial


Circuito Nome Circuito

Camada FísicaSinais ITU V.24

102

103

104

105 a)

106 b)

107 b)

108 a)

109 b)

Do DCEPara DCE

Comum

Tx

Rx

RTS

CTS

DSR

DTR

DCD

X

X

X

X

X

X

X

- -

a) Pode ser mantido constanteb) Não obrigatório. Pode ser usado para supervisionar o circuito de transmissão

RS 232


Interface RS 232 Conector DB25 – 25 pinosComunicação SERIAL

� Bits de dados -12 V = 1 ou Alto, +12V = 0 ou baixo

� Bits dentro do Byte transm. primeiro LSB e depois o MSB

� Cada Byte começa com 1 Start Bit Alto e termina com 0 a 2 Stops Bits Baixos� Desocupada a linha esta Baixa

� Pinagem

1 StartBit

1 2 3 4 5 6 7 8

2 stopsbits

MSB Data Byte LSB

Onda Eletromagnética – 300.000 km/segundo

9600 BPS - Bits por Segundo – 873 Bytes por segMensagem de 100 Bytes – 115 msInternet Mega BPS / Giga BPS

DCE1 - CD2 - TXD3 - RXD4 - DTR5 - terra6 - DSR7 - RTS8 - CTS9 - RI

DB9 Femea

DTE1 - CD2 - RXD3 - TXD4 - DTR5 - terra6 - DSR7 - RTS8 - CTS9 - RI

DB9 Macho

ModemRelé de Proteção

PC ou MicroCabo Multipares


Interface RS 232 Ligação Ponto a Ponto

• DCE – Data Communication Equipment – Modem• DTE - Data Terminal Equipment – Relé ou PC-Microcomputador

• Hardware Handshake – se não usado só são necessários 3 sinais•TXD, RXD e Terra. Jumpeados 4 com 5; 6,8 com 20.

•CD – Carrier Detected – avisa o PC que o modem tem uma boa conexão•CTS – Clear To Send – Modem está pronto para receber do PC•DSR – Data Set Ready – avisa o PC que o modem está pronto•DTR – Data Terminal Ready – avisa modem que o PC está pronto•RTS – Request to Send – avisa o modem que o PC quer mandar dados•RI – Ring Indicator – Modem detetou um sinal do outro modem

PC RELÉModem ModemComunicação

AnalógicaSão Paulo Jupiá

Comunicação digital Comunicação digital


Conectores Seriais


Exercício 1Diagrama de um Cabo Cruzado

Tx (2)

Rx (3)

RTS (4)

CTS (5)

DSR (6)

DCD (8)

DTR (20)

Gnd (7)

Tx (2)

Rx (3)

RTS (4)

CTS (5)

DSR (6)

DCD (8)

DTR (20)

Gnd (7)

DTE DTE


Exercício 1

Tx (2)

Rx (3)

RTS (4)

CTS (5)

DSR (6)

DCD (8)

DTR (20)

Gnd (7)

Tx (2) CT 103

Rx (3) CT 104

RTS (4) CT 105

CTS (5) CT 106

DSR (6) CT 107

DCD (8) CT 109

DTR (20) CT 108

Gnd (7) CT 102

DTE DTE


Exercício 2Diagrama de um Cabo sem handshake – simplificadoTX com RX, Terra (Ground), jumpers nos conectores 4 com 5;6,8 com 20.

Tx (2)

Rx (3)

RTS (4)

CTS (5)

DSR (6)

DCD (8)

DTR (20)

Gnd (7)

Tx (2)

Rx (3)

RTS (4)

CTS (5)

DSR (6)

DCD (8)

DTR (20)

Gnd (7)

DTE DTE


Exercício 2Diagrama de um Cabo sem handshake – simplificadoTX com RX, Terra (Ground), jumpers nos conectores 4 com 5;6,8 com 20.

Tx (2)

Rx (3)

RTS (4)

CTS (5)

DSR (6)

DCD (8)

DTR (20)

Gnd (7)

Tx (2)

Rx (3)

RTS (4)

CTS (5)

DSR (6)

DCD (8)

DTR (20)

Gnd (7)

DTE DTE


RS 485 (Recomended Standard ) EIA 485 ( Electronic Industry Assossiation )

� Half duplex, Multiponto ( 32 nós ), 1200 metros.

� Velocidade de 100 K a 10 MBps.

� Única CPU, diversos IHM endereçáveis, compartilham o mesmo cabo.� Conversor RS232 para 485, isolamento ótico.

� Redes locais muito baratas, multidrop.

� Prover “Rejeição de Modo Comum” com par trançado, e blindagem.

� Topologia recomendada – Daisy ChainOutras Topologias

BARRAMENTOFunciona mas não é o ideal

Daisy ChainESTRELA

ANELNão usar


CABO para RS 485 (Recomended Standard ) EIA 485 ( Electronic Industry Assossiation )

� Deve ser blindado� Recomenda-se utilizar 3 vias e blindagem – até 1200 m

� Com 2 vias para curtas distâncias – poucos metros� Função do COMUM – equalizar o potencial dos

equipamentos conectados à Rede� Função da BLINDAGEM : proteção contra Ruídos

externos� Não utilizar a BLINDAGEM como COMUM, pois

colocaria o Ruído existente como referência

Dado +Dado –Comum(GND)

Blindagem


USART ( chip de computador que implementa as recomendações da 2ª camada Enlace (Link) do model o ISO )

USART se refere a Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter.

É um formato padrão para comunicação de dados de forma SERIAL.

Em forma assíncrona, dois fios são usados para transmitir dados, um em cada direção, em regime Full-duplex, bi-direcional. Para isso, cada dispositivo deve ter seu clock, e as velocidades devem ser iguais.

Em forma síncrona, uma ponta é mestre e a outra escravo. Um fio é utilizado para dados, em regime half-duplex, ou seja, nos dois sentidos, mas um sentido de cada vez. O outro fio é usado para pulsos de clock emitidos pelo dispositivo mestre.Os microcomputadores PC costumam ter até 4 portas USART, nomeadas de COM1 a COM4.

Entre os dispositivos ligados em protocolo USART estão o modem e o mouse.


MODBUS FRAMEFunction Code 1 byte – ( 0 – 255 ) Válidas – 1 a 127

ASCII ou RTU


Endereçamento dos Dados nas Mensagens MODBUS


Mensagens Pergunta / Resposta ASCCII ou RTU


Modelo de Dados MODBUS

65536 itens de dados


Modelo de Endereçamento MODBUS


Definição dos Códigos de Função Públicos


Descrição das Funções – 01 ( 0x 01) Read Coil


Descrição das Funções – 02 ( 0x 02) Read Discrete Inputs


Descrição das Funções – 03 ( 0x 03) Read Holding RegisterInicia no Mapa de Memória 40 000


Descrição das Funções – 04 ( 0x 04) Read Input RegisterInicia no Mapa de Memória 30 000


Descrição das Funções – 05 ( 0x 05) Write Single Coil


Descrição das Funções – 06 ( 0x 06) Write Single Register


Frames MODBUS



MODBUS

� DÚVIDA FREQUENTE� QUESTÃO DO MAPA DE ENDEREÇOS� Função 0x04 ( Read Input Register ) : 30001 em diante (ex: 30015) Transmissão: 30015 –30001 = 14 = 0x0E� Função 0x03 ( Read Holding Register ) : 40001 em diante (ex: 40002) Transmissão: 40002 –40001 = 01 = 0x01

� IMPORTANTE� Não há confirmação de recebimento de dados nativa� Não existe padronização no formado de dados� Não existe padronização no mapa de memória


SPS-Supervisor de Paralelismo Síncrono – TREE TECHMapa de Registradores - MODBUS


SPS-Supervisor de Paralelismo Síncrono – TREE TECHMapa de Registradores - MODBUS


Protocolo MODBUS

OBRIGADO !

Paulo Roberto Pedroso de Oliveira(11) 3378 8600 (11) 9935 9080ASCC – Automaçã[email protected]@gmail.comhttp://www.ascx.com.br

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