Conhecendo os protocolos Modbus RTU, Profibus e CANopen

Conhecendo os protocolos Modbus RTU, Profibus e CANopen

09 Jun 2021

Na série de publicações sobre os protocolos de comunicação, pudemos compreender o funcionamento deles como um conjunto de regras que garante a fácil comunicação entre as máquinas e os sistemas de automação. Ou seja, os protocolos garantem que as conversas entre entidades sejam eficientes e sem perdas de dados.

Hoje, falaremos mais sobre os protocolos do tipo Serial, com foco nas características, singularidades e aplicações dos modelos Modbus RTU, PROFIBUS e CANopen. Vem com a gente!

Modbus RTU

Como explicado anteriormente, o padrão Modbus foi criado em 1979 pela empresa Modicon, de modo que a companhia pudesse realizar a comunicação entre os seus CLPs e os sistemas de automação. A primeira versão do protocolo foi denominada RTU, abreviação para Remote Terminal Unit (Unidade Terminal Remota). O padrão permite a transmissão de dados e possui endereços e valores que são transmitidos de maneira binária

O Modbus RTU é um protocolo aberto que pode ser livremente implementado em qualquer equipamento, além de ser aplicado na maioria dos dispositivos de automação industrial. Neste modelo de comunicação é utilizada a arquitetura mestre/escravo, em que o mestre solicita a informação dos dispositivos conectados, enquanto os escravos enviam as respostas. Para cada mestre podem existir até 247 escravos. 

Ele também opera de maneira assíncrona, com relações que são configuradas no mestre e que permitem a realização de escrita e leitura de diversas variáveis, utilizando os meios físicos seriais RS-232 e RS-485.

Nestes casos, há diferentes limites de distância. No primeiro meio, por exemplo, o limite de distância para comunicação entre dois dispositivos é de 15 metros. Já no segundo, é possível criar redes de até 1200 metros de distância, expansíveis para além deste limite utilizando repetidores, e com até 32 escravos.

Profibus

Desenvolvido na Alemanha em 1987, o PROFIBUS é um protocolo de rede de campo aberto, independente de fornecedores, assim como o Modbus. No entanto, apesar de ser “aberto”, esse protocolo é mantido pela PROFIBUS e PROFINET International. Também conhecido como Process FieldBUS, ele pode ser utilizado através de três meios físicos: RS-485, IEC 61158-2 e Fibra Óptica.

O protocolo PROFIBUS é bastante aplicado em redes de comunicação para instrumentação de campo. Devido as suas características, ele é indicado, por exemplo, para aplicação em indústrias de processo, como petroquímica e refinarias. O padrão utiliza as camadas física de enlace e de aplicação do Modelo OSI e é dividido em três categorias: DP, PA e FMS.

PROFIBUS-DP (Decentralized Peripherals): Aqui, os dispositivos de chão de fábrica são integrados em demandas que envolvam um volume extenso de informações e precisem de uma rápida velocidade de comunicação para eventos processados em um tempo específico.

PROFIBUS-PA (Process Automation): Nesta modalidade, a transmissão de dados é síncrona e alimenta os equipamentos de campo através do barramento, o que é propício para indústrias químicas e petroquímicas.

PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification): É a evolução do padrão DP, usado em níveis de controle, e oferece a comunicação entre complexos sistemas de automação, podendo chegar até o nível gerencial.

O protocolo PROFIBUS também conta com o GSD (General Station Description), ferramenta de integração ágil que permite que a maior parte da configuração do dispositivo seja feita de forma automática. Isso possibilita a interoperabilidade entre equipamentos de diferentes fabricantes, além de simplificar a configuração da rede.

CANopen

O terceiro protocolo Serial que você precisa conhecer é o CANopen. Desenvolvido na década de 1980 para sistemas de controle de máquinas orientadas por movimento, ele atua na camada superior do modelo OSI e é baseado no meio físico CAN. Assim como os outros protocolos, ele também permite a interoperabilidade entre equipamentos e máquinas industriais, enquanto oferece métodos padronizados para configurar os dispositivos de automação, mesmo após sua instalação.

Uma das principais características desde protocolo é a velocidade. Ele é muito utilizado em sistemas (na maioria dos casos máquinas) que exijam uma alta velocidade na troca de dados. Dessa forma, ele possibilita a comunicação precisa entre dispositivos que controlam movimentadores de alta exatidão e repetibilidade.

As informações do meio físico CAN, por exemplo, podem ser enviadas através de frames de dados. Qualquer elemento da rede envia um frame para ela em certo momento. Entretanto, caso dois elementos tentem acessar a rede ao mesmo tempo, o protocolo irá tomar uma decisão com base em criticidade e enviará aquela mensagem que for identificada como prioridade. Essa configuração oferece uma comunicação direta entre os escravos, pois todos os dispositivos possuem os mesmos acessos à rede.

Por ser um modelo robusto e veloz, o CANopen também é usado em aplicações embarcadas, como veículos terrestres, possibilitando a comunicação de diversos sistemas eletrônicos, como iluminação, controle de combustível e temperatura. O modelo CAN é bastante confiável e possui um baixo índice de erros de transmissão não detectados. Cada equipamento da rede deve ser capaz de identificar a origem destes erros e informar os demais elementos sobre ele. O padrão também oferece segurança e flexibilidade em aplicações complexas, mantendo o custo de aplicação razoável.


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