MODBUS NEDİR? NASIL ÇALIŞIR?

                Modbus, açık bir protokol olup, yani üreticiler herhangi bir ücret ödemeden kullanma yetkisine sahiptir, endüstriyel haberleşmede sıklıkla kullanılan bir haberleşme çeşididir. Endüstriyel sistemlerde master* olarak adlandırdığımız PLC’ ler ile saha ekipmanları arasında iki yönlü veri transferini sağlar.

                Modbus haberleşme protokolü, önceki yazımızda da bahsedildiği gibi cihazlar arasındaki haberleşmeyi seri olarak sağlar. Sahada en basit sistem, bir master ve bir slave’ in haberleşmesi ile kurulabilir. Master üzerinden slave cihaza veriler bitler (1 ve 0 ‘ dan oluşan yapı grubu) ile gönderilir. Bu bitler birer voltaj seviyesi olarak düşünülebilir. Eğer veri olarak 0 gönderilmiş ise pozitif voltaj, 1 gönderilmiş ise negatif voltaj gibi aktarılır.

Gönderilen veriye göre pozitif veya negatif bit görünümü

Temelde Seri ve Ethernet haberleşme modeli olarak iki ayrı şekilde iletişimi sağlar.

SERİ HABERLEŞME

1)MODBUS RTU

                Modbus RTU, RS232 ve RS485 protokollerinin kullanıldığı bir seri haberleşme şeklidir. Modbus ile haberleşmede her cihazın kendisine ait bir adres altyapısı vardır. Haberleşmenin sağlanması için bu adreslerin master ve slave ‘ in her ikisinde de tanımlanması gerekir.

a)RS232 (RS=Recommended Standard)

        Bir seri haberleşme çeşididir. Cihazlar arasındaki haberleşmede sadece bir master (DTE = Data Terminal Equipment) bir slave (DCE = Data Communication Equipment) olmasına olanak tanır. Verimli olarak maksimum yaklaşık 15 metreye (50 Feet) kadar haberleşmeyi sağlar(Burada kullanılan kablo tipi ve veri hızına bağlı olarak maksimum mesafe değişmektedir.). Daha uzun mesafeli alanlarda kullanıldığında haberleşmenin kopması, gürültü ortaya çıkması gibi sorunlar yaşanır.

        Rs232 (external link youtube videosu) haberleşmede, normalde tek yönlü veri transferi mümkündür. Çift yönlü veri transferinin yapılabilmesi için sahadaki cihazlar arasında 3 bağlantılı model kullanılmalıdır. Bunlar;

R=Receive, T=Transmit, G=GND.

Sahada bir PLC düşünülürse; PLC’ nin göndereceği veri Tx, PLC’ ye gelen veri Rx olarak isimlendirilir. GND ise topraklama olarak bilinir. 

                Yukarıda gösterilen şekilde DTE ile DCE arasında haberleşme kablosu yapılırken dikkat edilmesi gereken nokta bağlantının cross yapılmasıdır. Yani DTE tarafından gelen Rx, DCE tarafında Tx pinine girmelidir. Yine DTE’ den gelen Tx, DCE’ de Rx pinine girmelidir. Buradaki amaç; bir taraftaki İletilen verinin diğer tarafta Alınan veri olarak tanıtılmasını sağlamaktır.

RS232 çapraz bağlantı gösterimi

b)RS485

        RS485, daha uzun mesafelerde, gürültünün yüksek olduğu ortamlarda, iletim hızını yüksek olması gereken yerlerde, birden fazla slave’ in (alıcı) olduğu sistemlerde kullanılması gereken seri haberleşme şeklidir. 1 master, 32 slave ile haberleşebilir. Bu da RS232’ ye göre daha avantajlı olmasını sağlar.

        Half-dublex ve full-dublex olmak üzere iki farklı bağlantı şekli kullanılabilir. Half-dublex bağlantı şeklinde, verinin iletimi ve veri alışı sıra ile olur. Bir taraf veriyi gönderirken, diğer taraf veriyi sadece alabilen kısım olarak görev yapar. Yani haberleşme tek yönlü sağlanır.Günlük hayatta kullanılan telsizler RS485 half-dublex haberleşme türüne örnektir. Bir taraf konuşmasını bitirip “TAMAM” (ya da benzeri bir ifade) diyerek iletim görevini bitirdikten sonra diğer taraf iletişime devam edebilir.  Full-dublex ise, her iki tarafın da aynı anda veri iletip, almasına olanak tanır. Telefonlar full-dublex sistemlere örnek olarak verilebilir; aynı anda her iki taraf da hem veriyi iletme(konuşma) hem de alma özelliklerine sahiptirler(dinleme).

Genelde 2 bağlı model kullanılır (T=Transmit, R=Receive). Ancak sahada gürültünün olduğu, haberleşmenin ara ara kesildiği durumların önüne geçmek için GND kısmının bağlantısı da yapılabilir. RS232’ de olduğu gibi cross bağlantı şekline ihtiyaç duymaz.

RS485 normal bağlantı gösterimi

2)MODBUS ASCII

                Modbus ağ yapısında verilen ASCII kodlama sistemine göre 8 bitlik kodlama kullanılarak haberleşme şekline dayanır. Bu kodlamanın avantajı arka arkaya gönderilen verilerin bir hataya neden olmadan iletilmesine olanak tanır.

ETHERNET HABERLEŞMESİ (MODBUS TCP/IP)

                Modbus TCP/IP, seri haberleşmede olduğu gibi master-slave* yapısını kullanır. Cihazlar arasındaki haberleşme klasik internet-ağ standardına göre sağlanır. Her iki tarafın (master ve slave) ethernet portlarına aynı grupta farklı IP’ler tanımlanır (Örneğin; Master IP: 192.168.1.15 ise Slave IP: 192.168.1.20-32… gibi). Fazla sayıda ekipmanın birbirleri ile haberleşmesinde, herhangi bir kesinti olmadan, kolaylıkla kullanılabilir.

*Master: Endüstriyel sistemlerde haberleşme zincirinin başındaki kontrol mekanizmasıdır. Bir PLC olarak düşünülürse; sahada çalışan ekipmanların nasıl çalışması gerektiği burada tasarlanır ve veriler buradan sahaya gönderilir. Ayrıca sahadan alınması gereken veriler de burada toplanır.

  Slave: Master’ dan gelen verileri işler veya istenilen verileri master’a gönderir.