تحليل شامل لبروتوكول Modbus

أصبح بروتوكول modbus أحد بروتوكولات الاتصال الأكثر شيوعًا في مجال الأتمتة الصناعية. تستخدم العديد من الأجهزة الصناعية، بما في ذلك PLC وDCS والأدوات الذكية وما إلى ذلك، بروتوكول Modbus كمعيار للاتصال بينها. اعتبارًا من عام 2007، تجاوز عدد عقد Modbus المثبتة 10 ملايين، مما يدل على أن البروتوكول قد تم استخدامه على نطاق واسع ومعترف به.

Modbus هو بروتوكول اتصال يعتمد على الاتصال التسلسلي، ويهدف إلى توفير معيار اتصال مشترك للمواقع الصناعية لتحقيق تبادل البيانات والتحكم فيها بين الأجهزة المختلفة. تم تطوير البروتوكول في الأصل بواسطة Modicon وهو الآن مملوك لشركة Schneider Electric. بروتوكول Modbus هو بروتوكول طبقة التطبيق، الذي يحدد تنسيق رسالة مشترك، مما يتيح تبادل البيانات والتحكم بين الأجهزة المختلفة. يدعم البروتوكول طبقات مادية مختلفة مثل RS-232 وRS-422 وRS-485 وEthernet، بحيث يمكن تطبيقه على أجهزة وشبكات مختلفة.

Modbus هو بروتوكول اتصال رئيسي/تابع يوفر خدمات محددة بواسطة رموز الوظائف. تقوم مؤسسات الإنترنت بالوصول إلى Modbus باستخدام منفذ النظام المحجوز 502 الموجود على مكدس TCP/IP. Modbus Plus عبارة عن شبكة تمرير رمزية عالية السرعة، وعملية عمل Modbus:

1. يبدأ اتصال Modbus عندما يرسل السيد طلب استعلام إلى العبد.

2. تستقبل المحطة التابعة الطلب وتقوم بتحليل محتوى الطلب.

3. تقوم المحطة التابعة بتنفيذ العمليات المقابلة (مثل سجلات القراءة أو سجلات الكتابة) وفقًا لمحتوى الطلب، وترسل بيانات الاستجابة مرة أخرى إلى المحطة الرئيسية.

4. تستقبل المحطة الرئيسية بيانات الاستجابة وتقوم بتحليل محتوى الاستجابة.

5. يقوم السيد بمعالجة بيانات الاستجابة ويرسل المزيد من طلبات الاستعلام حسب الحاجة.

6. تستمر هذه العملية حتى اكتمال الاتصال أو حدوث خطأ.

في اتصالات Modbus، يكون الجهاز الرئيسي هو جهاز مثل وحدة التحكم أو الكمبيوتر، أما الأجهزة التابعة فهي أجهزة استشعار أو مشغلات أو أجهزة أخرى. المحطة الرئيسية مسؤولة عن بدء الاتصال، بينما المحطة التابعة مسؤولة عن إجراء العمليات والاستجابة لطلب المحطة الرئيسية. يمكن أن يكون الاتصال عبر الخط التسلسلي أو Ethernet. في اتصالات Modbus، يتم تنظيم البيانات في شكل سجلات ويتم استخدام العناوين للإشارة إليها. يدعم بروتوكول Modbus مجموعة متنوعة من رموز الوظائف، بما في ذلك سجلات القراءة والكتابة، وملفات القراءة والكتابة، وما إلى ذلك.

سيناريو التطبيق:

يُستخدم بروتوكول Modbus على نطاق واسع في تطبيقات التحكم والمراقبة الصناعية، بما في ذلك المصانع الآلية، والتحكم الآلي، ومراقبة الطاقة والتحكم فيها، واستخراج ونقل النفط والغاز، ومعالجة المياه وإمداداتها، والمباني الآلية، والمزيد. يعد Modbus أيضًا مناسبًا للحصول على البيانات ومعالجتها في الوقت الفعلي، بما في ذلك نقل البيانات ومراقبة البيانات والتحكم فيها واكتشاف الأخطاء وتشخيصها، وما إلى ذلك.

فيما يلي بعض تطبيقات بروتوكول Modbus:

التحكم PLC: بروتوكول Modbus هو بروتوكول قياسي للاتصال بين العديد من PLCs (وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة). PLC هو جهاز يستخدم على نطاق واسع في مجال الأتمتة الصناعية، وعادة ما يستخدم للتحكم ومراقبة المعلمات المختلفة في عملية الإنتاج، مثل درجة الحرارة والضغط والتدفق وما إلى ذلك.

العدادات الذكية: يستخدم بروتوكول Modbus أيضًا على نطاق واسع للاتصال بين أنواع مختلفة من العدادات الذكية، مثل أجهزة استشعار درجة الحرارة، وأجهزة استشعار الضغط، وأجهزة قياس التدفق، وما إلى ذلك. وعادة ما تستخدم هذه الأدوات لرصد والتحكم في المعلمات المختلفة في عملية الإنتاج لضمان الاستقرار ونوعية الإنتاج.

أنظمة الحصول على البيانات: يمكن استخدام بروتوكول Modbus للتواصل بين أنواع مختلفة من أنظمة الحصول على البيانات من أجل جمع البيانات من أجهزة مختلفة في موقع مركزي واحد للمعالجة والتحليل. غالبًا ما تُستخدم أنظمة الحصول على البيانات هذه لمراقبة أداء وحالة معدات الإنتاج من أجل اكتشاف المشكلات وحلها في الوقت المناسب.

نظام SCADA: يمكن أيضًا استخدام بروتوكول Modbus للتواصل بين أنواع مختلفة من أنظمة SCADA (الإشراف والتحكم والحصول على البيانات) من أجل تحقيق المراقبة والتحكم في الوقت الفعلي لمختلف المعلمات في عملية الإنتاج. غالبًا ما تُستخدم هذه الأنظمة لأتمتة عمليات الإنتاج لتحسين كفاءة الإنتاج وجودته.

مع تطور تكنولوجيا الأتمتة الصناعية، فإن تطبيق بروتوكول Modbus يتطور ويبتكر باستمرار. فيما يلي بعض الاتجاهات المستقبلية:

زيادة معدل الاتصال: مع التقدم التكنولوجي المستمر، سيستمر معدل الاتصال لبروتوكول Modbus أيضًا في الزيادة لتحقيق اتصال وتحكم أكثر كفاءة وفي الوقت الفعلي.

التكامل مع الإنترنت: مع تطور الإنترنت الصناعي، سيكون بروتوكول Modbus أكثر تكاملاً مع تكنولوجيا الإنترنت لتحقيق التحكم عن بعد

ل والمراقبة بين الأجهزة.

تحسين الأمان: مع تزايد أهمية مشكلات أمان الشبكة، سيولي بروتوكول Modbus أيضًا مزيدًا من الاهتمام لأمن الاتصالات والتحكم لحماية أنظمة التحكم الصناعية من هجمات الشبكة والعمليات الضارة.

توسيع نطاق التطبيق: مع استمرار التوسع في تطبيق بروتوكول Modbus في مجال الأتمتة الصناعية، سيتم استخدامه أيضًا على نطاق أوسع في مجالات أخرى، مثل المنازل الذكية والمباني الذكية وما إلى ذلك، لتحقيق الاتصال والتحكم بين الأجهزة.

باختصار، مع التطوير المستمر لتكنولوجيا الأتمتة الصناعية، سيستمر بروتوكول Modbus في التطور والابتكار لتلبية احتياجات المجالات والسيناريوهات المختلفة.