مدباس

در مقاله کابل فیلدباس و کابل ابزار دقیق درباره انواع کابل ها صحبت کردیم حال برای اینکه بدانیم کابل مدباس چیست ابتدا باید مختصر اطلاعاتی درباره مود باس داشته باشیم. مدباس یک پروتکل ارتباطی سریالی است که اولین بار برای کنترل کننده های PLC مورد استفاده قرار گرفت. اولین استفاده مدباس را شرکت مودیکن در سال 1979 تجربه کرده است. از آن زمان تا کنون مدباس یکی از پروتکل های استاندارد شناخته شده و علاوه بر قدرت بسیار بالایی که دارد برخلاف تصور، ساختار بسیار ساده ای دارد. برای اینکه بین سیستم هایی که شبکه شده اند ارتباط برقرار کنند از پروتکل مدباس استفاده می کنند. در مدباس دستگاهی وجود دارد که اطلاعات را درخواست می دهد و همچنین دستگاه دیگری که اطلاعات را تامین می نماید نام دستگاهی که اطلاعات را درخواست می دهد مستر به انگلیسی Master و دستگاهی که اطلاعات را تامین می کند اسلیو به انگلیسی Slave می گویند. در حالت نرمال و استاندارد یک دستگاه مستر و حداکثر 247 دستگاه اسلیو وجود دارد که هرکدام از این اسلیو ها دارای تنها یک آدرس منحصر به فرد می باشد و مستر قدرت نوشتن و کنترل اسلیو ها را دارد.

کابل مدباس

حال که مختصر اطلاعاتی راجع به مدباس پیدا کردیم به سراغ کابل مدباس می رویم. همان طور که بیان شد پروتکل مدباس یک دستگاه به نام مستر و 247 دستگاه به نام اسلیو دارد کابلی که این دستگاه ها را به یکدیگر متصل می کند کابل مدباس نام دارد. از طریق کابل مدباس اطلاعات بین مستر و اسیلو منتقل می شود. اطلاعات در دستگاه اسلیو در 4 جدول نگهداری می شود به این صورت که 2 دستگاه داده های گسسته را مثل  turn off یا turn on  بودن را ذخیره می کنند و 2 دستگاه دیگر داده های پیوسته مانند اعداد را ذخیره می کنند. اطلاعات 2 جدول اول کویل به انگلیسی coil و به 2 جدول دیگر رجیستر به انگلیسی register شناخته می شود. هر کدام از این دو دسته جدول یک جدول خواندنی و یک جدول برای نوشتن و خواندن دارد و در کل این قابلیت را دارد که 9999 داده را در خود ذخیره کند. به طور متوسط هر کویل یک بیت می باشد و شروع آدرس از 0000 تا 270e می باشد و هر رجیستر یک کلمه 16بیتی یا 2 بایتی است. هردو دسته جدول یعنی هم کویل ها و هم رجیستر ها را می توان به شکل آدرس مکان در نظر گرفت چون آدرس کاربرد بیشتری دارد تا مقادیر ذخیره شده. جدول زیر یک جدول کویل/رجیستر است.

نقشه مدباس

نقشه مدباس یک لیست بسیار ساده است که منحصرا برای اسلیو می باشد و در آن بیان می کند دیتا چیست و کجا ذخیره می شود و حتی نحوه ذخیره را هم بیان می کند. معمولا نقشه ها ثابت هستند اما برخی از نقشه ها قابلیت تغییر پذیری توسط کاربر را دارا می باشند.

انواع مدباس

تقریبا می توان گفت که تمامی دستگاه های مدباس روی لایه فیزیکی قراردارند و پشتیبانی آن هم برای اترنت و هم برای پورت های سریال انجام شده است. مدباس سه نسخه اصلی دارد که هرکدام از آن ها ویژگی های مخصوص به خود را دارند. این سه نسخه عبارت اند از :

1. مدباس ASCII
2. مدباس TCP/IP
3. مدباس PLUS

حال به به مختصر توضیحاتی درباره هرکدام از این نسخه ها می پردازیم.

1.مدباس RTU.ASCII

این نسخه از مدباس با استفاده از کابل مدباس بر روی پورت سریال و لایه فیزیکی RS-232، RS-485، امواج رادیویی، فیبرنوری و تلفن همراه به صورت Maste/Slave کارمی کند. سرعت انتقال اطلاعات با استفاده از کابل مدباس بین  kb/s 115 تا bs1200 و مسافتی تا حدود 1 کیلومتر را در برمی گیرد حداکثر تجهیزاتی که در این پروتکل می توانند در داخل شبکه قرار بگیرند بدون استفاده از ریپیتر،31 تجهیز و با استفاده از ریپیتر و تشکیل سگمنت، حداکثر 247 تجهیز می باشد. تفاوت هایی در مد انتقال RTU و ASCII وجود دارد که در ادامه درباره آن صحبت می کنیم. مدباس  RTU که به مدباس باینری معروف است،بدلیل کوتاه بودن فریم داده، سرعت تبادل بالایی نسبت به مد  ASCII دارا می باشد. مد RTU حداکثر سایز داده  256 بایت بوده ولی در مد ASCII ماکزیمم سایز داده به 513 بایت می رسد. معمول ترین و مناسب ترین پیاده سازی در دسترس برای مودباس، مد RTU  است.

فریم داده در مدباس RTU

مدباس  ASCII که به مدباس کاراکتری( Modbus_A ) شناخته می شود و اتصال آن از طریق کابل مدباس است، بیشتر به عنوان تست مورد استفاده قرار گرفته و  برای ارتباط از کارکترهای اسکی استفاده می کند.

فریم داده در مدباس ASCII

چهار اصطلاح Start Bit ,Stop Bit ,Data Bit و Parity در مدهای RTU و ASCII  کاربرد دارد که در زیر هر کدام تعریف شده اند:

Start Bit : بیت شروع می باشد که برای هر دو مد عدد 1 قرار می گیرد

Data Bit : طول داده ارسالی با استفاده از کابل مدباس با این گزینه مشخص می شود که در مد RTU هشت بیت و در مد ASCII هفت بیت انتخاب میشود. 

Parity : بیت توازن،که دارای دو نوع زوج و فرد است. مثلا در نوع زوج(Even)، اگر تعداد یک ها در هر بایت زوج بود،بیت پریتی صفر می شود تا زوج بودن بایت فرد نشود و اگر تعداد یک ها در یک بایت فرد بود،پریتی  یک شده و تعداد آن ها را زوج می کند. 

Stop Bit : بیت پایانی فریم داده می باشد و سایز آن بسته به انتخاب Parity می باشد.

باید توجه شود که تمام تجهیزاتی که در داخل شبکه قرار دارند از یک مد RTU یا ASCII استفاده کنند.

 معایب شبکه مدباس RTU و  ASCII

پروتکل مدباس با استفاده از کابل مدباس در برابر دستورات غیر مجاز یا رهگیری داده هیچ نوع امنیتی را فراهم نمی کند. در مدباس RTU و ASCII به علت ارتباط سریال،نرخ تبادل دیتا در مقایسه با سرعت شبکه های ارتباطی امروزی  که 100Mb/s و یا چند Gb/s  می باشند سرعت پایینی است. در ارتباط سریال که به صورت Master/Slave است،تنها یک Master می تواند در شبکه قرار گیرد و بقیه نودها Slave هستند؛این بدین معنی است که تنها بر روی باس یک Master اجازه صحبت با گروهی ازSlaveها را دارد. از آنجا که توسط  RS-232 تنها دو وسیله و با RS-485  بین 20 تا  30 وسیله امکان ارتباط وجود دارد از این رو با افزایش وسایل بیشتر، نیاز به ارتباطات پیچیده درختی است

2.مدباس TCP/IP

پروتکل ارتباطی از نوع CSMA/CD یا همان پروتکل برخورد یاب بوده و لایه فیزیکی آن مشابه اترنت و به صورت Client/Server می باشد.این پروتکل با استفاده از کابل مدباس مشابه شبکه اترنت بوده وبر طبق مدل OSI،در لایه ترنس پورت،TCP و در لایه نتورک IP تعیین می شود. سرعت شبکه مدباس TCP مشابه اترنت بوده و در رنج 10 تا 100 مگابیت/ثانیه می باشد. این پروتکل در هرم اتوماسیون،در لایه های مدیریت و سوپروایزری مورد استفاده قرار می گیرد.  در نگاه کلی Modbus TCP/IP همان پروتکل ModbusRTU ميباشد كه با اينترفيس  TCP/IP روي شبكه Ethernet كار ميكند و در آن TCP براي اطمينان از ارسال درست ديتا و IP براي اطمينان از آدرس دهي و مسير يابي صحيح بكار ميرود. مدباس  Tcp/Ipبا بکارگیری کابل مدباس فريم استاندارد پيام مدباس را به فريم استاندارد TCP در پورت 502 كه اصطلاحاً به آن فريم  MBAP که مخفف  ModbBus Application Protocol می باشد تبدیل می کند.

3.مدباس Plus 

بر اساس پروتکل Token یا ارسال نشانه کار می کند و از نرخ تبادل اطلاعات نسبتا بالایی حدود  1Mb/s با لایه فیزیکی  RS-485 برخوردار است.پروتکل مدباس پلاس با استفاده از کابل مدباس برخلاف نسخه پايه بعنوان يك استاندارد باز طرح نشده است و انحصاری شرکت مدیکان می باشد.

در این پروتکل تعداد نودهای شبکه یا تجهیزات قرار گرفته در شبکه بدون ریپیتر 32 عدد و با ریپیتر ماکزیمم 64 عدد با طول 1800 متر قابل اتصال می باشد.البته با استفاده از کابل های فیبر نوری می توان مسافت های طولانی تر را نیز استفاده کرد.