Protocolo Modbus na Automação

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MODBUS 
MODBUS 
Modbus é um protocolo de comunicação serial
amplamente utilizado em sistemas de automação
industrial para permitir a troca de informações entre
dispositivos eletrônicos.
MODBUS – HISTÓRICO 
ANOS 1970: ORIGEM E DESENVOLVIMENTO INICIAL
•1979: O Modbus foi desenvolvido pela Modicon (hoje parte da
Schneider Electric) para ser utilizado com seus CLP’s.
A principal motivação para a criação do Modbus era a
necessidade de um protocolo simples e eficiente para
comunicação entre dispositivos em sistemas de automação
industrial.
MODBUS – HISTÓRICO 
ANOS 1980: PRIMEIRA ADOÇÃO E POPULARIZAÇÃO
•Durante os anos 1980, o Modbus começou a ganhar
popularidade devido à sua simplicidade e eficácia.
Foi amplamente adotado em aplicações industriais,
especialmente para a comunicação serial entre CLP’s e
outros dispositivos de campo.
•O Modbus foi projetado para operar em redes RS-232 e
RS-485, que eram comuns na automação industrial
naquela época.
MODBUS – HISTÓRICO 
ANOS 1990: EXPANSÃO E NOVAS IMPLEMENTAÇÕES
•Nos anos 1990, a popularidade do Modbus continuou a
crescer, e ele foi implementado em uma ampla gama de
dispositivos industriais, incluindo sensores, atuadores,
medidores de energia e sistemas SCADA (Supervisory Control
and Data Acquisition).
•1996: Foi introduzido o Modbus TCP/IP, uma versão do
protocolo adaptada para redes Ethernet. Esta versão permitiu
que o Modbus fosse usado em redes locais e na Internet,
ampliando significativamente seu alcance e aplicabilidade.
MODBUS – HISTÓRICO 
ANOS 2000: NORMALIZAÇÃO E COMUNIDADE ABERTA
•2004: A Schneider Electric transferiu a propriedade do
protocolo Modbus para a Modbus Organization, uma
associação sem fins lucrativos dedicada à promoção e ao
desenvolvimento do protocolo Modbus. A Modbus
Organization garante que o protocolo permaneça aberto e
acessível a todos.
•Durante este período, o Modbus continuou a evoluir, com
melhorias na documentação e na padronização, garantindo a
interoperabilidade entre dispositivos de diferentes fabricantes.
MODBUS – HISTÓRICO 
ANOS 2010 E ALÉM: CONTINUAÇÃO E INOVAÇÕES
•Nos anos 2010, o Modbus manteve sua relevância no setor de
automação industrial. A interoperabilidade e a compatibilidade
retroativa continuaram a ser pontos fortes do protocolo.
•O surgimento de novas tecnologias de comunicação, como
redes sem fio e IoT (Internet das Coisas), levou à adaptação do
Modbus para esses novos contextos.
O Modbus permaneceu uma escolha popular devido à sua
simplicidade e robustez.
MODBUS 
É um protocolo que tem como objetivo fornecer
comunicação Mestre-Escravo /Cliente-Servidor entre
dispositivos conectados em diferentes tipos de barramentos e
redes.
Onde apenas o único dispositivo mestre pode inicializar a
comunicação, também conhecida como query¸ e os demais
dispositivos escravos, respondem enviando os dados
solicitados pelo mestre, ou realizam alguma ação solicitada.
MODBUS – MODELO DE COMUNICAÇÃO
FLUXO DE COMUNICAÇÃO
MODBUS
FLUXO DE COMUNICAÇÃO
PEDIDO DO MESTRE (QUERY)
•O mestre envia uma mensagem para um ou mais
escravos, especificando o endereço do dispositivo, o
código da função e os dados necessários.
•A mensagem inclui uma checagem de erros para
assegurar a integridade dos dados transmitidos.
MODBUS
FLUXO DE COMUNICAÇÃO
RESPOSTA DO ESCRAVO (RESPONSE)
•O escravo, ao receber o pedido, processa a mensagem,
executa a função solicitada e envia uma resposta de
volta ao mestre.
•A resposta inclui o endereço do dispositivo, o mesmo
código de função, os dados resultantes da operação e
uma checagem de erros.
MODBUS
FLUXO DE COMUNICAÇÃO
POLLING
•O mestre pode periodicamente enviar pedidos de
leitura para os escravos para obter dados atualizados
ou confirmar o status dos dispositivos.
•Este processo de envio contínuo de pedidos e
recepção de respostas é conhecido como polling.
CARACTERÍSTICAS E CONCEITOS FUNDAMENTAIS DO 
PROTOCOLO MODBUS
CARACTERÍSTICAS E CONCEITOS FUNDAMENTAIS 
DO PROTOCOLO MODBUS
•Simplicidade: O Modbus é conhecido por sua
simplicidade e facilidade de implementação.
Ele é baseado em mensagens de solicitação/resposta
simples e é fácil de entender e configurar.
CARACTERÍSTICAS E CONCEITOS FUNDAMENTAIS 
DO PROTOCOLO MODBUS
•Modelo Mestre/Escravo: No Modbus, os dispositivos
são organizados em um modelo mestre/escravo, onde
um dispositivo mestre (como um CLP) pode solicitar
dados ou enviar comandos para dispositivos escravos
(como sensores ou atuadores).
O dispositivo mestre controla o fluxo de comunicação
e coordena as operações, enquanto os dispositivos
escravos respondem às solicitações do dispositivo mestre.
CARACTERÍSTICAS E CONCEITOS FUNDAMENTAIS 
DO PROTOCOLO MODBUS
•Formato de Mensagem: As mensagens Modbus
consistem em uma série de bytes organizados em
quadros de dados.
Existem diferentes tipos de mensagens, como leitura
de registros, escrita em registros, leitura de bobinas,
escrita em bobinas, etc.
CARACTERÍSTICAS E CONCEITOS FUNDAMENTAIS 
DO PROTOCOLO MODBUS
•Endereçamento: Cada dispositivo Modbus é
identificado por um endereço único (número de
escravo), permitindo que o dispositivo mestre se
comunique com dispositivos específicos na rede.
CARACTERÍSTICAS E CONCEITOS FUNDAMENTAIS 
DO PROTOCOLO MODBUS
•Modos de Comunicação: O Modbus suporta
diferentes modos de comunicação, incluindo
Modbus RTU (utilizando comunicação serial
assíncrona) e Modbus TCP/IP (utilizando
comunicação Ethernet).
CARACTERÍSTICAS E CONCEITOS FUNDAMENTAIS 
DO PROTOCOLO MODBUS
•Versatilidade: O Modbus é um protocolo
versátil que pode ser usado em uma ampla
variedade de aplicações, desde pequenos
sistemas de controle até grandes redes
industriais.
CARACTERÍSTICAS E CONCEITOS FUNDAMENTAIS 
DO PROTOCOLO MODBUS
•Open Source: O Modbus é um protocolo aberto e
amplamente suportado por uma variedade de
fabricantes de equipamentos de automação, o que
facilita a interoperabilidade entre diferentes
dispositivos e sistemas.
TIPOS DE COMUNICAÇÃO MODBUS
TIPOS DE COMUNICAÇÃO MODBUS
O Modbus suporta vários tipos de comunicação para
atender diferentes necessidades e configurações de
sistemas de automação industrial.
Os principais tipos de comunicação do Modbus são:
•Modbus RTU (Remote Terminal Unit)
•Modbus ASCII
•Modbus TCP/IP
Modbus RTU
TIPOS DE COMUNICAÇÃO MODBUS
Modbus RTU (Remote Terminal Unit)
Modbus RTU (Remote Terminal Unit) é um protocolo de
comunicação serial utilizado em sistemas de automação
industrial.
Ele especifica a maneira como os dados são
encapsulados, transmitidos e interpretados pelos
dispositivos na rede.
TIPOS DE COMUNICAÇÃO MODBUS
Características Modbus RTU (Remote Terminal Unit)
Formato de Mensagem: As mensagens são compactadas
em formato binário, o que torna a comunicação mais
eficiente em termos de uso de largura de banda.
Interface de Comunicação: Utiliza interfaces de
comunicação serial, como RS-232, RS-485 ou RS-422. RS-
485 é a mais comum devido à sua capacidade de suportar
longas distâncias e redes com múltiplos dispositivos (até
32 dispositivos por segmento de rede).
TIPOS DE COMUNICAÇÃO MODBUS
Características Modbus RTU (Remote Terminal Unit)
Taxa de transmissão : A taxa de baud pode variar,
comumente entre 1200 e 115200 bps, dependendo dos
requisitos de aplicação e capacidade do hardware.
Verificação de Erros: Utiliza CRC (Cyclic Redundancy
Check) de 16 bits para detecção de erros de transmissão.
Isso garante a integridade dos dados transmitidos.
RS-232, RS-422 ou RS-485
•RS232 nada mais é que um conjunto de
normas que definem comunicação serial ponto
a ponto entre dois dispositivos.
A norma RS232 define os níveis de tensão, a
temporização, o protocolo de troca de dados e a
disposição mecânica dos conectores.
RS-232, RS-422 ou RS-485
•A interface RS232 tem como principal atrativo a sua
implementação simples e barata, sendo disponível como
padrão na maioria dos computadores atuais e antigos.
As principais limitações da interface RS232 se devem ao
fato da mesma operar por níveis de tensão,sendo
extremamente suscetível a ruídos, o que inviabiliza a
comunicação de maneira confiável em distâncias superiores a
10 ou 15 metros.
Outra limitação é que o padrão RS232 foi desenvolvido para
ser uma comunicação ponto a ponto, não permitindo que mais
de dois dispositivos usem a mesma "linha de dados".
RS-232, RS-422 ou RS-485
•RS422 é uma evolução do padrão RS232 e tem
como principal novidade a implementação de
linhas de transmissão balanceadas, o que torna a
comunicação extremamente imune a ruídos,
permitindo o envio de informações à distâncias de
até 1200 metros de maneira extremamente
confiável.
RS-232, RS-422 ou RS-485
O padrão RS422 é mais utilizado em comunicações ponto a
ponto, embora seja possível utilizar o mesmo em pequenas
redes. Para operação em rede o número máximo de dispositivos
que podem ser conectados é limitado pois cada circuito de
saída RS422 pode ser ligado no máximo a 10 entradas.
Também não é possível a utilização de um único par de fios
para operar como "barramento" ou seja, os dados são
transmitidos por uma linha e recebidos por outra.
RS-232, RS-422 ou RS-485
•RS485 é uma evolução do padrão RS422, tendo como principal
enfoque a comunicação em rede, ou seja, com apenas um par
de fios é possível se comunicar com diversos equipamentos em
rede usando o mesmo barramento.
Assim como o RS422, o RS485 utiliza linha de dados
balanceada, bastante similar as linhas de dados da interface
RS422, logo também permite comunicação em distâncias de até
1200 metros de maneira extremamente confiável.
RESUMO
RS-232: É um padrão mais antigo e comum para comunicação
serial.
- Usa sinais de tensão positivos e negativos em relação a um
terra comum.
- Geralmente é usado para distâncias curtas (até 15 metros) e
taxas de dados mais baixas.
- É unidirecional, permitindo apenas uma transmissão de dados
por vez.
RESUMO
RS-422: - É uma evolução do RS-232.
- Usa linhas de transmissão balanceadas, com um par de fios
para transmissão e outro par para recepção.
- Pode suportar distâncias mais longas (até 1200 metros) e taxas
de dados mais altas em comparação com o RS-232.
- É mais imune a ruídos e interferências, adequado para
ambientes industriais.
RESUMO
RS-485: É semelhante ao RS-422, mas permite múltiplos
dispositivos em uma rede.
- Também usa linhas de transmissão balanceadas.
- Pode suportar distâncias ainda maiores (até 1200 metros ou
mais) e taxas de dados mais altas.
- Permite comunicação bidirecional, permitindo a transmissão e
recepção simultâneas de dados entre vários dispositivos na
mesma rede.
- É amplamente utilizado em aplicações industriais, sistemas de
controle e automação.
RESUMO
Em resumo, o RS-232 é mais adequado para
comunicações de curta distância e baixas taxas de dados,
enquanto o RS-422 e o RS-485 são mais adequados para
comunicações de longa distância, com o RS-485 sendo
mais versátil para redes multi-dispositivos.
MODBUS ASCII
MODBUS ASCII
É um protocolo de comunicação serial baseado em
caracteres ASCII (Código Padrão Americano para Intercâmbio de
Informações).
Ele define uma estrutura de mensagem que inclui um
endereço de dispositivo, um código de função, dados e um
campo de verificação de erro. Os dados são transmitidos em
formato ASCII, tornando-os legíveis para humanos.
MODBUS ASCII - FUNCIONAMENTO
Formato da mensagem: As mensagens do Modbus ASCII
consistem em caracteres ASCII representando os dados
transmitidos.
Cada mensagem começa com um caractere de dois pontos
(":") e termina com um par de caracteres de retorno de carro e
alimentação (CR/LF).
.
MODBUS ASCII - FUNCIONAMENTO
Endereçamento: Cada dispositivo em uma rede
Modbus tem um endereço único.
O endereço de destino é incluído na mensagem
para direcionar a comunicação para o dispositivo
desejado.
MODBUS ASCII - FUNCIONAMENTO
Funções de Comunicação: O Modbus define várias
funções de comunicação, como leitura e escrita de
registros, controle de dispositivos e diagnósticos.
Essas funções são identificadas por códigos de
função na mensagem.
MODBUS ASCII - FUNCIONAMENTO
Checksum: Um campo de verificação de erro
(checksum) é usado para garantir a integridade dos
dados transmitido.
Transferência Assíncrona: A comunicação no
Modbus ASCII é assíncrona, o que significa que não
há um relógio compartilhado entre os dispositivos.
Em vez disso, os dispositivos usam a detecção
de borda para sincronizar a transmissão e recepção
de dados.
MODBUS ASCII - APLICAÇÕES
O Modbus ASCII é utilizado em uma variedade
de aplicações na indústria de automação e controle.
•Sistemas de Controle Industrial
•Monitoramento e Aquisição de Dados
•Integração de Dispositivos
•Sistemas de Supervisão e Controle Remoto
MODBUS ASCII
Embora o Modbus ASCII ainda seja usado em
algumas aplicações onde a legibilidade humana dos
dados é importante ou onde os dispositivos já
suportam essa variação do protocolo, o Modbus
RTU é mais comum e amplamente preferido na
indústria de automação e controle devido às suas
vantagens em eficiência, velocidade e
compatibilidade.
MODBUS TCP/IP
MODBUS TCP/IP
Modbus TCP/IP é um protocolo de comunicação
industrial que combina o protocolo de aplicação
Modbus com o protocolo de transporte TCP/IP.
Ele é projetado para permitir a comunicação
entre dispositivos eletrônicos, como controladores
lógicos programáveis (CLP’s), sensores, atuadores e
sistemas de supervisão e aquisição de dados
(SCADA), em uma rede Ethernet.
MODBUS TCP/IP
Para estabelecer uma conexão TCP/IP no Modbus
TCP, o cliente envia uma solicitação de conexão para o
servidor, que responde com uma confirmação.
Uma vez estabelecida a conexão, o cliente pode
enviar solicitações para o servidor e aguardar as
respostas.
MODBUS TCP/IP
O Modbus TCP utiliza o endereço IP do dispositivo e
o número da porta para estabelecer a conexão. Identifica
o dispositivo na rede e o número da porta identifica o
processo que está sendo executado no dispositivo.
Funcionalidades e Comandos Modbus TCP
O Modbus TCP suporta uma ampla variedade de
funcionalidades e comandos que permitem a leitura, escrita e
manipulação de dados em dispositivos eletrônicos. Algumas das
funcionalidades mais comuns incluem:
•Registradores: permite ler e escrever valores em registradores
de dados.
•Bobinas: permite ler e escrever valores em bobinas de saída.
• Leitura e escrita de entradas discretas: permite ler e escrever 
valores em entradas discretas.
• Leitura e escrita de registradores de entrada: permite ler e 
escrever valores em registradores de entrada.
Aplicações Práticas do Modbus TCP
•Monitoramento e controle de equipamentos industriais, 
como motores, bombas e válvulas.
• Integração de diferentes sistemas de automação, como 
CLPs (Controladores Lógicos Programáveis) e IHMs
(Interfaces Homem-Máquina).
•Coleta de dados em tempo real para análise e tomada 
de decisões.
https://blog.lri.com.br/padrao-ul-508-equipamentos-de-controle-industrial/
https://blog.lri.com.br/como-integrar-sistemas-legados-com-conversores-de-fibra-optica-seriais/
COMPARAÇÃO DE UTILIZAÇÃO
EXERCÍCIOS
1. O que é modbus?
2. Como funciona o modelo de comunicação modbus?
3. Explique o fluxo de comunicação do modbus?
4. Quais são os principais tipos de comunicação do
Modbus?
5. Explique cada um dos tipos de comunicação do
Modbus.
6. Explique os padrões RS-232, RS-422 ou RS-485.