پروتکل مدباس

پروتکل ارتباطی مدباس، قدیمی ترین و محبوب ترین پروتکل اتوماسیون در زمینه اتوماسیون صنعتی و SCADA (نظارت بر کنترل و تهیه داده ها) است. مدباس یک پروتکل ارتباط سریال است که در سال 1979 توسط مادیکن (Modicon) برای استفاده در PLC منتشر و در نهایت به طور غیر رسمی، تبدیل به پروتکل ارتباطی استانداردی برای اتصال دستگاه های الکترونیکی صنعتی شد. در حال حاضر شرکت مادیکن متعلق به اشنایدر الکتریک (Schneider Electric) است.پروتکل ارتباطی مدباس همگام با کاربردهای صنعتی توسعه پیدا کرده و به صورت رایگان و با دسترسی آزاد عرضه شده است. مدباس راه اندازی و نگهداری ساده ای دارد و در کاربردهای متنوع مبتنی بر master-slave استفاده میشود. همچنین میتواند، دیتاهای خام را بدون اعمال محدودیت های زیادی بر تجهیزات، ارسال کند. مدباس با استفاده از از کامپیوترها و HMI ها دستگاهها را مانیتور کرده و با برنامه ریزی، بین دستگاه های هوشمند و سنسورها یا ابزارها ارتباط برقرار میکند. دانستن نحوه ایجاد شبکه های مبتنی بر مدباس برای هر تکنسین و مهندس برقی که در این زمینه کار می کند ضروری است. توانایی یکپارچه سازی ابزارهای تولید شده توسط سازندگان مختلف، مهارتی است که بازار تقاضای بالایی دارد و بر ارزش و فروش کار شما اثرگذار است. در واقع پروتکل ارتباطی مدباس، یک زبان مشترک برای برقراری ارتباط بین دستگاه ها و تجهیزات فراهم می کند.

مدباس یکی از پروتکل های باز

بسته به سازنده تجهیزات اتوماسیون صنعتی، زبان خاصی مورد استفاده قرار میگیرد که ممکن است این زبان، به صورت پروتکل های باز در دسترس باشداین پروتکل های باز امکان سازگار کردن و یکپارچه سازی محصولات موجود در بازار را، به تولیدکنندگان میدهد. پروتکل های باز در واقع مشخصات منتشر شده ای هستند که هر کس می تواند از آنها آزادانه یا با مجوز استفاده کند. پروتکل های باز معمولا توسط جمعی از شرکت های سازنده،گروه های کاربر، جوامع حرفه ای و دولت ها، استفاده می شوند و به کاربران این امکان را میدهند که از بین دستگاهها و سیستم های مورد استفاده، انتخاب گسترده تری داشته باشند.

شبیه سازی پروتکل مدباس

ارتباط دستگاه های slave یا PLC های کنترل کننده و یا کامپیوترها را میتوان با استفاده از برنامه شبیه ساز پروتکل مدباس بر روی کامپیوتر شخصی اجرا کرد. اتصال میتواند سریال یا اترنت و به صورت یک master یا slave باشد. این نرم افزار امکان استفاده از تمام کد های عملکرد (کدهای دستوری) مربوط به ارتباطات پروتکل مدباس را میدهد. با استفاده از این کدها براحتی میتوان خواندن و نوشتن را با یک slave انجام داد. میتوان از یک کامپیوتر برای اجرای برنامه شبیه سازی slave استفاده کرد و کامپیوتر دیگری را برای اجرای برنامه شبیه سازی master به کار برد.

مدباس و رسانه های فیزیکی

پروتکل ارتباطی مدباس یک استاندارد باز است که پیام موجود در هر گفتگو را توصیف می کند. مدباس بین انواع مختلف رسانه های فیزیکی ارتباط برقرار میکند. از انواع این رسانه های فیزیکی میتوان موارد زیر را نام برد:

Serial RS-232
Serial RS-485
Serial RS-422
Ethernet

رابط اصلی مدباس بر روی ارتباطات سریال RS-232 اجرا میشود، اما بیشتر مدباس های اخیر از RS-485 استفاده می کنند زیرا این نوع، مزایای زیر را ایجاد میکند:

فاصله های طولانی تر
سرعت بالاتر
امکان استفاده از دستگاه های چندگانه (multiple devices) در یک شبکه

در رابطهای ساده ای مانند RS232 یا RS485، پیامهای مدباس با فرم ساده در شبکه ارسال میشوند و شبکه تنها به اتصال مدباس اختصاص داده میشود. با این حال، اگر شبکه شما به چندین دستگاه ناهمگن (multiple heterogeneous devices) نیاز داشته باشد که این دستگاهها از یک شبکه چند منظوره مانند TCP / IP مبتنی بر اترنت استفاده میکنند پیامهای مدباس در بسته های اترنت با فرمت مورد نظر برای این رابط فیزیکی تعبیه شده است. بنابراین در این مورد، مدباس و سایر پروتکلهای ترکیبی(mixed protocols) ، میتوانند همزمان در یک رابط فیزیکی هماهنگ وجود داشته باشند. یعنی می توان گفت، به این دلیل که مدباس از پروتکل های استاندارد TCP / IP استفاده میکند، پس با همه دستگاه های مجهز به استاندارد اترنت سازگار است.

ساختار پیام مدباس

پیام های مدباس ساختار مشابهی دارند که از 4 فاکتور اصلی تشکیل شده اند. نظم و ترتیب این فاکتورها در همه پیام ها یکسان است. همین مسئله موجب تجزیه آسان محتوای پیام های مدباس میشود. در شبکه مدباس ، مکالمه همواره توسط یک master آغاز میشود. master پیامی را ارسال میکند. با توجه به محتویات آن، slave پیام را تفسیر کرده و به آن پاسخ میدهد. آدرس دهی فیزیکی slave در سرتیتر هر پیام، مشخص میکند که کدام دستگاه slave باید به پیام پاسخ دهد. نودهای (nodes) دیگر موجود در شبکه مدباس درصورتی که فیلد آدرس با آدرس خودشان مطابقت نداشته باشد، این پیام را نادیده میگیرند.

پردازش خطای پیام های پروتکل مدباس

پاسخ عادی slave، به سادگی کد عملکرد اصلی درخواست را بازتاب میکند. اما پاسخ خطای slave، کد معادل کد عملکرد اصلی را با استفاده از مهمترین بیت متعلق به (logic 1)، بازمیگرداند. به عنوان مثال، دستور «خواندن موجودی رجیستری» (کد عملکرد03) دارای کد عملکرد 1 بایتی حاوی 8 بیت دوتایی 0011 0000 (03 Hex) است. اگر دستگاه slave درخواست را بدون خطا قبول کند، همان کد را در پاسخ خود بازمیگرداند. با این حال، اگر خطایی رخ دهد، slave یک بایت حاوی 8 بیت دوتایی 1000 0011 (مهمترین بیت متعلق به منطق 1) در فیلد «کد عملکرد» باز میگرداند. همچنین یک کد منحصر بفرد (کد حذف) را در فیلد داده ها در پاسخ اضافه میکند که به دستگاه slave نوع خطای رخ داده و یا علت خطا را نشان میدهد.