پروتکل مودباس (مدباس) و کاربردهای آن در صنایع
تهیه و تدوین: بخش تحقیق و توسعه‌ی شرکت بهین رایانه نقشینه
بازنگری و ویرایش ادبی: دکتر نفیسه راستگو
تاریخ انتشار:
مقدّمه
مودباس را می‌توان یکی از پروتکل‌های ارتباطی که موجب تکامل در فرایندهای اتوماسیون گردیده‌است، دانست. این پروتکل ارتباطی، از یک سو با ساختار ساده و در عین‌حال قوی خود به یکی از پروتکل‌های استاندارد در صنعت تبدیل شده‌است، و از دیگر سو تأثیر بسیاری در انعطاف‌پذیری و عملکرد سیستم‌های اتوماسیون مدرن در تمام زمینه‌های کاربردی دارد.
در حال حاضر مودباس یکی از رایج‌ترین پروتکل‌ها جهت به کارگیری دستگاه‌های الکترونیکی صنعتی است. در ادامۀ مقاله، به بررسی کاربردهای این پروتکل خواهیم‌پرداخت
پروتکل مودباس چیست؟
پروتکل مودباس به عنوان یک پروتکل ارتباطی در سال 1979 توسط Modicon، شرکتی که کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) را تولید می‌کرد، توسعه یافت تا این دستگاه‌ها بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
پروتکل‌های مودباس اجزای ضروری در حوزه اتوماسیون صنعتی و سیستم‌های کنترل هستند. مودباس هم راهی برای برقراری ارتباط میان کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی و سایر دستگاه‌ها در شبکه‌های صنعتی است و هم روشی برای انتقال اطلاعات از طریق خطوط سریال بین دستگاه‌های الکترونیکی. در طول زمان، این پروتکلِ تکامل‌‌یافته و تطبیق‌پذیری‌اش، توانست آن را به یک انتخاب محبوب در صنایع مختلف تبدیل کند. از دلایل توسعه پروتکل مودباس در صنایع گوناگون، در مقایسه با سایر پروتکل‌ها، نصب و نگهداری نسبتاً آسان و نیز امکان اعتماد بسیار به آن برای تبادل اطلاعات و کنترل مؤثّرش است.
در یک شبکه استاندارد مودباس، امکان آدرس‌دهی به 247 دستگاه وجود دارد و هر یک از دستگاه‌ها دارای یک آدرس منحصربه‌فرد هستند. از آنجا که داده‌ها در پروتکل مودباس در یک لایه منفرد منتقل می‌شوند، به راحتی فعالیت‌هایی مانند جمع‌آوری داده‌های آنالوگ از سنسورهای مختلف، نظارت بر آن و انجام ارتباط بین دستگاه‌های صنعتی و اتوماسیون انجام می‌پذیرد.
مودباس یک پروتکل درخواست-پاسخ است که با استفاده از رابطۀ master-slave پیاده‌سازی شده؛ در این حالت ارتباط همیشه به صورت جفت صورت می‌پذیرد، بدین ترتیب که یک دستگاه درخواستی را آغاز می‌کند و سپس منتظر پاسخ می‌ماند، دستگاه آغازگر (Master) مسئول شروع هر تعاملی است؛ عموماً Master یک سیستم کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده، و Slave یک سنسور و یا یک کنترل‌کننده اتوماسیون قابل برنامه‌ریزی است. محتوای درخواست‌ها و پاسخ‌ها و همچنین لایه‌های شبکه‌ای که این پیام‌ها از طریق آن ارسال می‌گردند، توسط لایه‌های مختلف پروتکل تعریف می‌شوند. غالباً پروتکل مدباس با استفاده از RS422، RS232 و RS485 اجرا می‌شود.
امروزه انواع مختلفی از پروتکل‌های مودباس وجود دارد که رایج‌ترین آنها پروتکل‌های RTU و TCP هستند. هر یک از این پروتکل‌ها دارای ویژگی‌ها، مزایا و کاربردهای متمایزی‌اند که آنها را برای استفاده در محیطهای خاص مناسب می‌کند. مبادلۀ داده‌های مودباس یا از طریق سریال مودباس و با استفاده از پروتکل RTU و یا به کمک اترنت مدباس و با پروتکل TCP انجام می‌شود.
پروتکل‌های مودباس RTU و TCP:
مدباس RTU یک پیاده‌سازی باینری از پروتکل مودباس است که غالباً از راه ارتباط سریال، از آن استفاده می‌شود؛ این پروتکل برای سیستم‌هایی که نیاز به ارتباطات ساده، قوی و مقرون‌به‌صرفه دارند، مطلوب است. مودباس RTU در سیستم‌های اتوماسیون ساختمان، کنترل فرایند صنعتی و نظارت ازراه‌دور کاربرد دارد؛ این پروتکل بر روی لایه‌های فیزیکی مختلفی مانند RS-422، RS-232 و RS-485 عمل می‌کند. رایج‌ترین پیاده‌سازی از طریق RS-485 اتفاق می‌‌افتد که می‌تواند فواصل ارتباطی تا 1200 متر را پشتیبانی کند. حداکثر سرعت داده برای مودباس RTU با توجّه به لایۀ فیزیکی استفاده‌شده، متفاوت است؛ با استفاده از RS-485 در تئوری، دستیابی به سرعت 10مگابیت در ثانیه امکان‌پذیر است. این شرایط براساس نوع کابل، فواصل قرارگیری دستگاه‌ها و ... تغییر می‌کند.
مودباس TCP از شبکه‌های اترنت و IP جهت برقراری ارتباطات بهره‌می‌برد و می‌تواند سرعت و مقیاس‌پذیری بیشتری را در محیطهای پیچیده‌تر و سخت‌تر فراهم کند. مودباس TCP معمولاً در مواردی که نیاز به ارتباطات پرسرعت و نیز ارتباط با مدیریت مرکز داده هست، استفاده‌می‌شود؛ مدباس TCP ضمن بهره‌مندی از مزایای شبکه‌های اترنت و IP، سادگی و سهولت استفادۀ مرتبط با پروتکل اصلی مودباس را نیزحفظ می‌کند. این پروتکل توانایی اتصال تعداد بیشتری از دستگاه‌ها را در مقایسه با RTU دارد؛ در این روش می‌توان از زیرساخت‌های اترنت موجود استفاده کرد و از مزایای آن، کاهش نیاز به سخت‌افزار تخصّصی است که این امر، پیاده‌سازی شبکه را تسهیل می‌کند.
نکتۀ حائز اهمّیّت هنگام مقایسۀ پروتکل‌های مودباس TCPو مودباس RTU، سرعت و نوع ارتباط است، زیرا این دو نقش مهمّی در تعیین عملکرد کلّی و مناسب‌بودن هر پروتکل برای نوع برنامه و سیستمی که قرار بر اجرای آن است، دارد.
نتیجه‌گیری
پروتکل مودباس یک پروتکل باز است، به این معنا که، تولیدکنندگان می‌توانند بدون نیاز به پرداخت حق امتیاز، در تجهیزات خود از آن استفاده کنند، ازین‌رو مدباس به یک پروتکل استاندارد در صنعت تبدیل شده‌است. در حال حاضر مودباس یکی از رایج‌ترین پروتکل‌های ارتباطی برای اتصال دستگاه‌های الکترونیکی صنعتی است و به دلیل گستردگی استفاده از این پروتکل، می‌بایست کاربردهای آن شناخته‌شود و بر اساس نیاز در محیطهای گوناگون صنعتی و همچنین ویژگی‌های آنها، مدل‌های آن مانند TCP و RTU به کار گرفته‌شوند.