diseño módulo modbus murillo 2011

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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN MÓDULO DE ADQUISICIÓN REMOTA

DE DATOS PARA PLC’S MEDIANTE EL ESTÁNDAR DE COMUNICACIÓN

MODBUS .

ARLEY FERNANDO MURILLO MOSQUERA

GLEN ALAN MARTÍNEZ CARABALÍ

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA CALIFACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

SANTIAGO DE CALI

2011


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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN MÓDULO DE ADQUISICIÓN REMOTA

DE DATOS PARA PLC’S MEDIANTE EL ESTÁNDAR DE COMUNICACIÓN

MODBUS .

ARLEY FERNANDO MURILLO MOSQUERA

GLEN ALAN MARTÍNEZ CARABALÍ

PROYECTO DE GRADO

DIRECTOR: Ing. Edgar Antonio Giraldo Orozco.

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA CALI

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

SANTIAGO DE CALI

2011


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Este trabajo de grado, en la modalidad de

Proyecto de investigación, es aceptado como uno

de los requisitos para obtener el título de

Ingeniero Electrónico en la Universidad de SanBuenaventura Cali.

____________________________________

Ing. EDGAR ANTONIO GIRALDO OROZCO

________________________________________________

Ing. CARLOS MAURICIO BETANCURT

_______________________________________________

Ing. ANDRÉS ERAZO

Santiago de Cali, 03 de Junio del 2011


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Le agradezco a Dios el darme el privilegio de vivir este momento y de

poder culminar una etapa más de mi vida, además al Ingeniero Edgar

Orozco por su colaboración y guía para la realización de este proyecto

de grado.

Este libro se lo dedico a mis padres, por ser ellos los culpables de que

este logro se haya concretado, mis más sinceros agradecimientos,

gracias por contar con Uds. después de todas la adversidades, este

logro se obtuvo gracias a la confianza brindada por Uds. Muchas

gracias.

Arley Fernando Murillo Mosquera


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TABLA DE CONTENIDO

1 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Y CARACTERÍSTICASGenerales 25

1.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 25

1.2 JUSTIFICACIÓN 25

1.3 OBJETIVOS 27

1.3.1 Objetivo General 27

1.3.2 Objetivo Específicos 27

1.4 DESCRIPCIÓN DEL DOCUMENTO 27

2 MARCO TEÓRICO. 29

2.1 ANTECEDENTES 29

2.2 PLC (Programable Logic Controller ) 30

2.2.1 Funciones Básica de un PLC 31

2.3 MICROCONTROLADORES 32

2.4 AMPLIFICADORES OPERACIONALES 33

2.4.1 Tipos de Configuración 35

2.5 MÓDULO LCD 38

2.6 SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS 40

2.6.1 Elementos de un Sistema de Adquisición de Datos 42

2.7 COMUNICACIONES SERIALES 45

2.8 PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN 47

2.8.1 Modbus 48


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2.8.2 Descripción General 52

3 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL MÓDULO 85 3.1 DISPOSITIVO MAESTRO 86

3.1.1 Cable de Red 87

3.2 MÓDULO ESCLAVO 89

3.2.1 Requerimientos Específicos del Módulo Esclavo 89

3.2.2 Diseño del Módulo Esclavo 90

3.2.3 Evaluacion de Costos 90

4 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SOFTWARE DEL MÓDULO

104

4.1 REQUERIMIENTOS DEL SOFTWARE 105

4.2 DESARROLLO DEL SOFTWARE DEL MICROCONTROLADOR 105

4.3 ESTRUCTURA DEL PROGRAMA PRINCIPAL 106

4.3.1 Inicializaciones 107

4.3.2 Configuración Módulo Esclavo 111

4.3.3 Interfaz Pantalla LCD 112

4.3.4 Interfaz Pulsadores 115

4.3.5 Adquisición de Datos 123

4.3.6 Modbus 125

5 PRUEBAS Y RESULTADOS 132

5.1 SOFTWARE UTILIZADO PARA LAS PRUEBAS 132


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5.2 CONFIGURACIÓN DE LOS MÓDULOS MBUS _ CTRL y MBUS _ MSG 136

5.2.1 MBUS_CTRL 137

5.2.2 MBUS_MSG 138

5.3 COMPROBACIÓN DE LA FUNCIÓN 02(LECTURA DE ENTRADA DIGITAL) Y

DE COMUNICACIÓN CON El PLC 140

5.4 COMPROBACIÓN DE LA FUNCIÓN 04(LECTURA DE ENTRADA ANÁLOGA)

146

5.5 COMPROBACIÓN DE CAMBIO DE VELOCIDAD 152

5.6 PRUEBA DE CAMBIO DE DIRECCIÓN DEL ESCLAVO 155

5.7 COMPROBACIÓN DE ERRORES 156

5.7.1 Vencimiento del Timeout de Recepción (Error 03) 156

5.7.2 Función No Soportada (Error 101) 159

5.7.3 Dirección de Datos No Soportada (Error 102 Función 02) 160

5.7.4 Dirección de Datos No Soportada (Error 102 Función 04) 162

6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 165

6.1 CONCLUSIONES 165

6.2 RECOMENDACIONES 166

7 BIBLIOGRAFÍA 168

8 ANEXOS 171


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LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1-Símbolo del amplificador operacional 34

Figura 2.2-Circuito Esquemático del Amplificador No inversor 35

Figura 2.3-Circuito Esquemático del Amplificador Inversor 36

Figura 2.4-Circuito Esquemático del Amplificador Diferencial 37

Figura 2.5-Circuito Esquemático del Amplificador Seguidor de Voltaje

38

Figura 2.6-Modulo LCD 39

Figura 2.8-Filtro Antialising 42

Figura 2.9-Sistema de Adquisición de Datos Análogos. 43

Figura 2.10-Trama de las Comunicaciones Seriales. 46

Figura 2.11-Comunicación General del Modbus. 50

Figura 2.12-Ejemplo de una Arquitectura de Redes de Modbus. 51

Figura 2.13-Trama General del Modbus. 52

Figura 2.14-Transacción del Modbus (libre de error). 54

Figura 2.15-Transacción del Modbus (Respuesta en Excepción) 55

Figura 2.16-Diagrama de Flujo de la Transacción del Modbus. 59

Figura 2.17-Modo Unicast. 73

Figura 2.18-Modo Broadcast. 74

Figura 2.19-Tiempos de la Trama RTU . 76

Figura 2.20-Trama de Mensaje RTU. 77

Figura 2.21-Tiempos de Caracter de la Trama RTU. 77


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13

Figura 2.22-Topologia General de 2 Hilos. 84

Figura 2.23-Topologia General de 4 Hilos. 84

Figura 3.1-Esquema de Diseño. 85

Figura 3.2 Circuito de las Entradas Digitales con Optoacopladores. 92

Figura 3.3-Circuito de las Entradas Digitales 94

Figura 3.4-Puerto de Comunicación RS-485 95

Figura 3.5-Conector Macho DB-9 96

Figura 3.6-Circuito Interfaz de Usuario 97

Figura 3.7-Circuito Esquemático General de la DAQ. 101

Figura 4.1-Diagrama de Flujo Rutina General. 107

Figura 4.2-Diagrama de Flujo Rutina Inicializaciones 108

Figura 4.3-Diagrama de Flujo Rutina Configuración del Modulo

Esclavo 111

Figura 4.4Diagrama de Flujo Rutina Interfaz LCD 113

Figura 4.5-Diagrama de Flujo Rutina Interfaz Pulsadores 115

Figura 4.6-Diagrama de Flujo Subrutina Función Up 117

Figura 4.7-Diagrama de Flujo Subrutina Función Down 120

Figura 4.8-Diagrama de Flujo Subrutina Función Ok 122

Figura 4.9-Diagrama de Flujo Rutina Adquisición de Datos. 123 Figura 4.10-Diagrama de Flujo Rutina Modbus 126

Figura 4.11-Diagrama de Flujo Subrutina Leer Entradas Digitales 128

Figura 4.12-Diagrama de Flujo Subrutina Leer Entradas Análogas 130


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Figura 5.1-Sistema Para Las Pruebas 133

Figura 5.2-Árbol de Operaciones 134

Figura 5.3-Ventana Status Chart 136

Figura 5.4-Moduló MBUS_CTRL 137

Figura 5.5-Moduló MBUS_MSG 139

Figura 5.6-Comprobación de la Función 02-a 141

Figura 5.7-Comprobación de la Función 02-b 143

Figura 5.8-Comprobación de la Función 02-c 145

Figura 5.9-Comprobación de la Función 04-a 147

Figura 5.10-Comprobación de la Función 04-b 149

Figura 5.11-Comprobación de la Función 04-c 151

Figura 5.12-Comprobación de Cambio de Velocidad 1200 153

Figura 5.13-Comprobación de Cambio de Velocidad 19200 154

Figura 5.14-Prueba de Cambio de Dirección del Esclavo 155

Figura 5.15-Vencimiento del Timeout de Recepción-1 157 Figura 5.16-Vencimiento del Timeout de Recepción-2 158

Figura 5.17-Función No Soportada 159

Figura 5.18-Dirección de datos no soportada función 02-a 161

Figura 5.19-Dirección de Datos No Soportada Función 02-b 162

Figura 5.20-Dirección de Datos No Soportada Función 04-a 163

Figura 5.21-Dirección de Datos No Soportada Función 04-b 164


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LISTA DE TABLAS

Tabla 2.1-Referencias y Precios. 29

Tabla 2.2-Asignación de pines del LCD 40

Tabla 2.3-Modelo del Dato Modbus 57

Tabla 2.4-Categoría del Código de Función del Modbus. 63

Tabla 2.5-Definición de Código de Función Público. 64

Tabla 2.6-Envió de Función 04 67

Tabla 2.7-Envió de Función 04 69

Tabla 2.8-Códigos de Error de Ejecución del Protocolo Modbus en el

Esclavo. 71

Tabla 2.9-Secuencia de Bit en Modo RTU. 75

Tabla 2.10-Secuencia de Bit en Modo RTU (Sin Paridad). 76

Tabla 2.11Trama de Mensaje RTU. 76

Tabla 2.12-Codificación ASCII. 79

Tabla 3.1-Tipo de Modelo del Dato 87

Tabla 3.2-Datos Técnicos Generales de un Cable de Red. 88

Tabla 3.3-Asignación de Pines del Puerto de Comunicación del S7-200

88

Tabla 3.4 Estados de Control del Integrado MAX485. 95

Tabla 3.5-Asignación de Pines 99

Tabla 3.5-Costos de Implementación 99


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Tabla 4.1-Parámetros de la DAQ 104

Tabla 4.2-Variables de Programa 109

Tabla 5.1Parámetros de la Operación MBUS_CTRL 135

Tabla 5.2-Parámetros de la operación MBUS_MSG 135


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LISTA DE ANEXOS

Anexo A-Manual de Usuario 172

Anexo B-Datos Técnicos del Microcontrolador PIC16F877A 191 Anexo C-Datos Técnicos del Circuito Integrado MAX485 228

Anexo D-Datos técnicos del Circuito Integrado LM324 237

Anexo E-Datos técnicos del Circuito Integrado 4N35 246

Anexo F-Datos técnicos del PLC (Manejo de la Librería Modbus) 259


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GLOSARIO

ALIASING: es el efecto que causa que señales continuas distintas se tornenindistinguibles cuando se les muestrea digitalmente.

AO: amplificadores operacionales son dispositivos electrónicos que ofrecen

múltiples aplicaciones en el procesamiento de señales eléctricas, los cuales

modifican la magnitud y/o fase de estas.

DAQ: es el módulo de digitalización o tarjeta de Adquisición de Datos.

EIA/TIA-232: Es una norma para una interfaz en serie de 25 pines, que se puede

utilizar para conectar ordenadores a componentes que forman parte de una red.

(EIA/TIA-232 se denominaba anteriormente RS-232.)

EIA/TIA-422:(anteriormente RS-422) es un protocolo de comunicación de datos

serial que describe comunicaciones 4-wire, full-duplex, línea diferencial y multi-

drop. Suministra transmisión de datos balanceada con líneas de transmisión

unidirecional/no reversible, terminadas o no terminadas. Al contrario de RS-485

(que es multi-point en vez de multi-drop), EIA-422 no permite múltiples drivers

solamente múltiples receivers.

EIA-485 (antes RS-485 o RS485) es Modelo de OSI capa física eléctrico

especificación de dos alambre, half-duplex, de múltiples puntos conexión serial.

http://es.wikipedia.org/wiki/Muestreohttp://es.wikilingue.com/pt-es/index.php?title=RS-485&action=edit&redlink=1http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/OSI_modelhttp://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Physical_layerhttp://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Electricityhttp://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Specification_%28technical_standard%29http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Wirehttp://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Duplex_%28telecommunications%29http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Multipointhttp://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Serial_communicationhttp://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Serial_communicationhttp://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Multipointhttp://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Duplex_%28telecommunications%29http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Wirehttp://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Specification_%28technical_standard%29http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Electricityhttp://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Physical_layerhttp://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/OSI_modelhttp://es.wikilingue.com/pt-es/index.php?title=RS-485&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Muestreo


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OPC: (OLE for Process Control ) es un estándar de comunicación en el campo del

control y supervisión de procesos. Este estándar permite que diferentes fuentes de

datos envíen datos a un mismo servidor OPC, al que a su vez podrán conectarse

diferentes programas compatibles con dicho estándar.

PIC: (Peripheral Interface Controller) son una familia de micro controladores tipo

RISC fabricados por Microchip Technology Inc.

PLC: (Programable logic controller ), es un equipo electrónico, programable en

lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de

tipo industrial, procesos secuenciales.

TCP/IP: Es el conjunto de protocolos usado en Internet, suministrando un

mecanismo de transporte de datos confiable entre máquinas y permitiendo

interoperabilidad entre diversas plataformas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Microcontroladorhttp://es.wikipedia.org/wiki/RISChttp://es.wikipedia.org/wiki/Microchip_Technology_Inc.http://es.wikipedia.org/wiki/Microchip_Technology_Inc.http://es.wikipedia.org/wiki/Microchip_Technology_Inc.http://es.wikipedia.org/wiki/Microchip_Technology_Inc.http://es.wikipedia.org/wiki/RISChttp://es.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador


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RESUMEN

El objetivo de este proyecto es diseñar e implementar un módulo de adquisición

remota de datos para PLC’s mediante el estándar de comunicación Modbus para

el laboratorio de automatización de la Universidad de San Buenaventura Seccional

Cali. Se realizó un estudio de investigación aplicativo, basado en las

generalidades del estándar Modbus, la adquisición de datos, las comunicaciones

seriales y los diferentes componentes que fueron necesarios para la

implementación.

Como resultado de la investigación, se planteó un diseño del hardware compuesto

de una tarjeta de adquisición de datos utilizada como dispositivo Esclavo. El

diseño tiene una Unidad de procesamiento (Microcontrolador), 8 entradas digitales

ópticamente aisladas, 2 entradas analógicas, interfaz de usuario (LCD y Teclado)

y comunicación serial por el puerto RS485 con configuración de par trenzado bajo

el protocolo de comunicación Modbus. El diseño del software del microcontrolador

fue realizado sobre la herramienta de programación PIC C Compiler de la firma

CCS (Custom Computer Services), el cual hizo la programación muy flexible,manejando una estructura sencilla y apropiada para esta aplicación. El software se

implemento de acuerdo a los requisitos del protocolo Modbus y los requerimientos

técnicos exigidos por la implementación del hardware para el Sistema de

Adquisición, Procesamiento de Datos (Análogos-digitales) y la Interfaz de Usuario.

Se realizaron pruebas de comunicación Modbus y adquisición de datos al módulo

Esclavo una vez terminada su construcción, verificando así la búsqueda de fallas

de diseño y de operación para el mejoramiento del correcto funcionamiento del

dispositivo.

El proyecto demostró que es posible diseñar y construir módulos de comunicación

Modbus con tecnología propia.


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24

INTRODUCCIÓN

El diseño del módulo de comunicaciones Esclavo Modbus, se implementaconsiderando la necesidad de mejorar las aplicaciones prácticas del laboratorio de

Ingeniería Electrónica con respecto al aprendizaje del área Industrial de la

Universidad San Buenaventura Cali. La opción por optar en conseguir este módulo

de comunicaciones es crítica, ya que Los requerimientos técnicos son bastante

amplios e incluso los costos son altamente elevados y por eso la solución

planteada es el diseño e implementación de una interfaz prototipo (tarjeta), que

tenga opciones de acceso a dispositivos industriales mediante entradas digitales y

analógicas, donde la comunicación con el controlador se hace por el puerto serial

RS485, con configuración de 2 hilos, con protocolo Modbus.

Para determinar el prototipo a trabajar en este proyecto se presentara una

investigación específica del protocolo Modbus como eje, desde su forma de

comunicación hasta su manera de funcionamiento. Este protocolo debe cumplir

ciertas condiciones de comunicación de tipo especifico como por ejemplo, su

velocidad de transmisión y recepción, su hasta su modo básico de transmisiónserial Halfduplex .

Adicionalmente al tratarse esto, el hardware y el software deberán diseñarse de tal

forma que soporte estas condiciones físicas eficientemente, donde el hardware

permitirá el desarrollo del software para la adquisición de datos Análogos-

Digitales, el control y comunicación.


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1 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Y CARACTERÍSTICAS

GENERALES

1.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

En la industria de automatización con Programmable Logic Controllers (PLC ) se

utiliza la adquisición de datos remota mediante módulos con bus de campo; este

tipo de buses flexibiliza la expansión de nuevos transmisores o actuadores en un

sistema ya instalado, también permite la reducción masiva de cables y costos

asociados. Modbus es un bus de campo y su frecuente aplicación en la industriacolombiana y de la región hace que sea importante tenerlo en cuenta para estudiar

su estructura y campo de aplicación.

La Universidad de San Buenaventura Seccional Cali, cuenta con PLC’s, los cuales

tienen incorporado la comunicación por bus de campo con el estándar Modbus,

pero sus ventajas, características y las diversas aplicaciones que se pueden

implementar en él, no son utilizadas en gran parte debido a que no cuenta con

módulos que realicen la interfaz con comunicación Modbus entre los sistemas de

medida o de salida y el PLC , y así permitir cobijar en su totalidad las

características del puerto de comunicación Modbus.

1.2 JUSTIFICACIÓN

En la actualidad el Protocolo Modbus, es un bus de campo muy usado en la regióny en el mundo debido a su simplicidad y especificación abierta, permitiendo llevar

a cabo proyectos de gran complejidad y obtener un funcionamiento fiable,

facilitando así un mayor rango de aplicaciones que son implementadas por el

sector privado, público y académico, por estas razones muchos dispositivos


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utilizan la comunicación Modbus tales como PLC , Human Machine Interface

(HMI)1, sensores y actuadores remotos.

Además el Modbus tiene la ventaja que puede alcanzar distancias muy largas con

un buen aislamiento a las perturbaciones y conectar múltiples dispositivos a la red,dando significativas ventajas en el sector industrial. Este atributo con que cuenta el

Modbus se debe a su capa física RS-485 que define sus niveles de voltaje y la

cantidad de dispositivos que se pueden conectar en una misma red. Con lo

anterior mencionado la comunicación Modbus en el ámbito didáctico permite

implementar múltiples aplicaciones como comunicación con interfaces hombre

máquina, comunicación con sensores y actuadores entre otras, dándole al

estudiante una perspectiva más amplia respecto a las comunicaciones industrialesy la adquisición remota de datos.

Desarrollando en su totalidad este proyecto se dotará al laboratorio de

automatización de un módulo de adquisición remota de datos con comunicación

Modbus, el cual servirá como herramienta de aprendizaje y de desarrollo de

nuevas aplicaciones con PLC y comunicaciones industriales. Este módulo

pretende ser una solución económica con tecnología propia a partir de

conocimientos adquiridos como ingenieros en formación, permitiendo dar nuevas

bases de desarrollo de nuevos proyectos de grado y mejorar la formación

académica en comunicaciones industriales y adquisición de datos.

Este prototipo se desarrolla con elementos adquiridos en la región y que permita

ser una solución económica en comparación con los módulos existentes en el

mercado de este tipo.

1 HMI se usa para referirse a la interacción entre humanos y máquinas.


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1.3 OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo General

Diseñar e implementar un módulo de adquisición remota de datos para PLC’s

mediante el estándar de comunicación Modbus para el laboratorio de

automatización de la Universidad de San Buenaventura Seccional Cali.

1.3.2 Objetivo Específicos

Investigar el estado del arte y las generalidades del estándar Modbus.

Diseñar el sistema de acondicionamiento de señales, los filtros y el

aislamiento del módulo de adquisición.

Identificar el microcontrolador con las características requeridas para la

aplicación.

Implementar el protocolo de comunicación Modbus en el

microcontrolador.

Determinar e implementar el hardware necesario para la capa física RS-

485.

Realizar pruebas de adquisición de datos para verificación de conversión

de señales.

Realizar pruebas de comunicación Modbus con el PLC.

1.4 DESCRIPCIÓN DEL DOCUMENTO

Para el desarrollo del proyecto se traza el siguiente planteamiento:


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28

En el Capítulo 1 se analiza el problema, se fijan objetivos para luego establecer en

los capítulos posteriores el diseño general del proyecto.

Consecutivamente en el Capítulo 2 se presenta la teoría sintetizada del protocolo

Modbus, de los sistemas de adquisición de datos, las comunicaciones seriales y

los PLC , información que sirve para poder lograr los objetivos que se quieren

alcanzar.

Consecuentemente en el capítulo 3 se plantea el diseño del hardware del módulo

Esclavo, teniendo en cuenta los requerimientos del prototipo a crear.

Después en el capítulo 4 se presenta todo el desarrollo del software necesario

para llevar a cabo el protocolo Modbus y la adquisición de datos en el

microcontrolador del dispositivo Esclavo, donde se describe detalladamente cada

uno de los diagramas de flujo y los programas con sus respectivas aplicaciones.

En el capítulo 5 se presentan las pruebas en el diseño de la tarjeta de adquisición

de datos y los resultados obtenidos de las pruebas.

Al final se presentan las conclusiones obtenidas una vez se ha terminado el

proceso de implementación y por último las recomendaciones de la construccióndel prototipo


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2 MARCO TEÓRICO.

2.1 ANTECEDENTES

En la Escuela Politécnica Nacional de Quito Ecuador, se diseñó un prototipo de un

módulo Esclavo de control para protocolo Modbus con entradas y salidas

Analógicas-Digitales como proyecto de grado, con el objetivo de solucionar

problemas de mediciones de temperatura en una empresa local de Ecuador. El

módulo consiste en un sistema embebido en un PIC con una entrada y una salida

digital, 2 entradas y 2 salidas análogas, el módulo se comunica con un

computador mediante medio físico RS-485.

La empresa B&B Electronics [1] comercializa dispositivos de adquisición de datos

remotos con comunicación Modbus con diferentes funciones.

Tabla 2.1-Referencias y Precios.

ModeloAnálogas Digitales

Precio (US)Salidas Entradas Salidas Entradas

ADAM-4051 / / / 16 $ 140,00 ADAM-4069 / / 8 / $ 210,00

ADAM-4068 / / 8 / $ 165,00

ADAM-4019+ / 8 / / $ 350,00

ADAM-4118 / 8 / / $ 285,00

ADAM-4024 4 / / / $ 275,00

En la Tabla 2.1 se puede observar los diferentes precios y modelos de adquisiciónremota de datos, donde la gran desventaja de estos dispositivos es que no

integran las I/O en el mismo dispositivo, si no que vienen aparte y con unos costos

de compra muy altos. El prototipo que se implementó incorpora entradas análogas

y digitales dentro del mismo dispositivo, lo cual es una gran ventaja en


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30

comparación de los dispositivos mostrados. También su diseño se implementó con

elementos económicos y asequibles que se encuentran dentro del mercado local.

También se investigó que la compañía DHG [2] tiene a disposición en su

inventario el módulo de adquisición de datos D500M de 4 entradas análogas; este

dispositivo viene provisto de conexiones directas para 4 señales análogas del

mismo tipo y rango para cualquier dispositivo con puerto RS-485. El módulo

permite conexiones con una gran variedad de sensores y suministra todas la

señales acondicionadas, ajustada, linealizadas y convertidas a unidades de

ingeniería. Los valores del dato son trasmitidos vía RS-485 usando el protocolo

DGH ASCII o el protocolo Modbus RTU . El protocolo es seleccionado por el

usuario lo cual brinda la posibilidad conectar As Interfaces con algún de estos

protocolos.

2.2 PLC (Programable Logic Control ler )

Un PLC o controlador Lógico Programable, son dispositivos electrónicos muy

usados en la Automatización industrial capaces de controlar procesos, sistemas o

maquinas usadas en la industria. En principio, un PLC contiene entradas-salidas,

las cuales se conectan directamente a dispositivos como elementos primarios y

finales donde el estado de las salidas, dependen del estado de las entradas y la

lógica del programa.

En forma general la estructura básica de cualquier autómata programable es:

Fuente de alimentación: es la encargada de convertir la tensión de la red,

220 . a baja tensión de C.C. normalmente 24V, siendo esta la tensión de

trabajo en los circuitos electrónicos que forma el Autómata.

CPU : la Unidad Central de Procesos es el auténtico cerebro del sistema. Es

el encargado de recibir órdenes del operario a través de la consola de


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31

programación y el módulo de entradas. Después las procesa para enviar

respuestas al módulo de salidas.

Módulo de entradas: aquí se unen eléctricamente los captadores(interruptores, finales de carrera.). La información que recibe la envía al

CPU para ser procesada según la programación. Hay 2 tipos de captadores

conectables al módulo de entradas: los pasivos y los activos.

Módulo de salida: es el encargado de activar y desactivar los actuadores

(bobinas de contactores, motores pequeños.). La información enviada por

las entradas a la CPU , cuando está procesada se envía al módulo de

salidas para que estas sean activadas (también los actuadores que estánconectados a ellas). Hay 3 módulos de salidas según el proceso a controlar

por el autómata: relés, triac y transistores.

Terminal de programación: la terminal o consola de programación es el

que permite comunicar al operario con el sistema. Sus funciones son la

transferencia y modificación de programas, la verificación de la

programación y la información del funcionamiento de los procesos.

Periféricos: ellos no intervienen directamente en el funcionamiento del

autómata pero sí facilitan la labor del operario.

2.2.1 Funciones Básica de un PLC

Detección: lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema

de fabricación.

Mando: elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los

accionadores y preaccionadores.


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32

Dialogo hombre maquina: mantener un diálogo con los operarios de

producción, obedeciendo sus consignas e informando del estado del

proceso.

Programación: Para introducir, elaborar y cambiar el programa de

aplicación del autómata. El dialogo de programación debe permitir modificar

el programa incluso con el autómata controlando la maquina.

2.3 MICROCONTROLADORES

Los micros controladores son circuitos integrados fundados bajo la arquitectura

tradicional de John Von Neumann. 2En este modelo la unidad central de proceso o

CPU está conectada a una memoria única que contiene las instrucciones del

programa y los datos. Este dispositivo electrónico maneja señales con la

capacidad de efectuar tareas de adquisición y procesamiento de información de

datos, el cual está compuesto de las siguientes características: Una CPU (basado

principalmente en un microprocesador de 4, 8 ó 16 bits), puertos paralelos de

entrada y salida, puerto serie, Timers, contadores, memorias de datos (RAM ) y de

programa (ROM ), reloj, y en algunos casos hasta convertidores analógicosdigitales, todo esto dentro de un solo chip. Debido a esto los microcontroladores

están encaminados básicamente hacia un amplio rango de aplicaciones tales

como; los sistemas de control de alarmas, tableros de control en la industria

automotriz, en la instrumentación módica, en los teclados de computadora, en los

sistemas portátiles de almacenamiento de datos, en equipos de laboratorio,

etcétera. A pesar de que un microprocesador es más rápido que un

microcontrolador para la ejecución de sus instrucciones, en la mayoría de los

casos es necesario interconectarlo con dispositivos periféricos.

En el mercado se encuentra una gran variedad de marcas y modelos entre las que

se encontró: MICROCHIP , ATMEL, MOTOROLA, NATIONAL SEMICONCUCTOR ,

2


30/273

33

CYPRESS, PHILLIPS y TEXAS INSTRUMENTS. Estas compañías producen

microprocesadores de las siguientes familias:

INTEL las familias 8038, 8051 y 8052.

MICROCHIP se encuentran las familias PIC (familias 12, 14, 16, 17, 18).

MOTOROLA las familias 68HC05, 68HC08, 68HC11, 68HC12, 68HC16y

MC68CXX.

ATMEL las familias AT89 y AT91.

TEXAS INSTRUMENTS las familias TMS370, TMS370C16 TMS370 y

MSP430.

2.4 AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Los amplificadores operacionales son dispositivos electrónicos que ofrecen

múltiples aplicaciones en el procesamiento de señales eléctricas, los cuales

modifican la magnitud y/o fase de estas.

Algunas diversas aplicaciones son: amplificación, filtrado analógico, acoplamiento,

rectificación, detección de umbral, conmutación digital, etc. [12]

Los amplificadores operacionales se caracterizan por:

Una Impedancia de Entrada muy alta.

Una Impedancia de Salida bastante baja.

Una Ganancia muy alta alrededor de los 10000.

Un Ancho de Banda (BW ) que tiende a infinito.

Una buena respuesta en frecuencia.

El símbolo básico de un circuito operacional es un triangulo donde generalmente

se representa con 5 pines (Véase Figura 2.1):


31/273

34

Figura 2.1-Símbolo del amplificador operacional

Alimentación positiva (Vs+).

Alimentación negativa (Vs-).

Entrada no inversora (+).

Entrada inversora (-).

Salida (Vout).

Donde al aplicar la teoría de AO y la teoría de circuitos eléctricos se encuentra que

la ecuación que relaciona la salida en función de la entrada es:

Ec. 1

En este tipo de configuración el voltaje de entrada ingresa por el pin positivo (+)

pero como la ganancia del operacional es muy grande, el voltaje de entrada

positivo será igual al voltaje de entrada negativo

Dado a su diferencia de potencial:

Ec. 2

Quedando La salida en función de la entrada:

Ec. 3


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35

2.4.1 Tipos de Configuración

Casi todos los amplificadores operacionales están basados en estas 2

configuraciones básicas; la configuración no inversora y la configuración inversora.

2.4.1.1 Configuración No Inversora

En este caso la señal a amplificar se aplica al pin no inversor (+) del Amplificador

Operacional y como el nombre indica la señal de salida no está invertido respecto

a la entrada. En la Figura 2.2 se observa el circuito del amplificador no inverso

Figura 2.2-Circuito Esquemático del Amplificador No inversor

Conociendo el voltaje en el pin inversor (-) podemos calcular la relación que existe

entre el voltaje de salida (Vout) con respecto al voltaje de entrada (Vin) haciendo

uso de un pequeño divisor de tensión.


33/273

36

Ec. 4

Donde su ganancia es: en este caso la señal a amplificar se aplica al pin no

inversor (+) del Amplificador Operacional y como el nombre indica la señal desalida no está invertido respecto a la entrada.

Ec. 5

2.4.1.2 Configuración Inversora

Se denomina inversor ya qué la forma de la señal de salida es igual a la forma de

la señal de entrada pero con la fase invertida a 180 grados. El análisis de este

circuito es el siguiente: el voltaje positivo es igual al voltaje negativo los cuales

serán igual a cero.

Ec. 6

En la Figura 2.3 se observa el circuito del amplificador inverso.

Figura 2.3-Circuito Esquemático del Amplificador Inversor

Donde la ecuación que relaciona la salida respecto a la entrada es:

Ec. 7


34/273

37

Y su ganancia es:

Ec. 8

2.4.1.3 Configuración Diferencial

Este amplificador es una combinación de las 2 configuraciones anteriores aunque

está basada en los otros 2 circuitos, el amplificador diferencial tiene características

únicas. Este circuito tiene aplicada señales en ambos terminales de entrada y

utiliza la amplificación diferencial natural del amplificador operacional para 2

funciones básicas tales como (Véase Figura 2.4):

Acondicionamiento de señales análogas.

Manipulación de pequeñas señales de baja potencia.

Figura 2.4-Circuito Esquemático del Amplificador Diferencial

Suponiendo que el circuito esta balanceado, la ecuación que caracteriza a estecircuito en función de la entrada es la siguiente:

Ec. 9

Donde su ganancia:


35/273

38

Ec. 10

2.4.1.4 Configuración Seguidor de Voltaje

Esta configuración tiene como función realizar el acople de impedancias, ya que,

en teoría no consume ninguna corriente en su entrada y entrega señal en su

salida.

Figura 2.5-Circuito Esquemático del Amplificador Seguidor de Voltaje

Como se puede apreciar en la Figura 2.5 la tensión de la señal de salida sigue a lade entrada, de ahí su nombre. Entonces la salida en términos de la entrada es:

Ec. 11

2.5 MÓDULO LCD

Un módulo LCD es un dispositivo electrónico digital que está constituido por una

pantalla de cristal líquido, un controlador y dos memorias internas independientes:

la DDRAM y la CGRAM . Debido a esta peculiar disposición el módulo puede

obtener eficientemente el mecanismo de mostrar los caracteres alfanuméricos con

tan solo enviar el código ASCII asociado. El LCD tiene el siguiente aspecto físico

como se ve en la Figura 2.6.


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39

Figura 2.6-Modulo LCD

El módulo LCD incorpora su propio método de comunicación para realizar

operaciones de lectura y escritura. Es por ello, que el módulo LCD cuenta conunos Bits de control con los cuales el dispositivo identifica cuando el dato en el bus

es una instrucción o información a almacenar en la memoria, que

automáticamente es desplegada en pantalla. RS es el Bit de control que le indican

al procesador cuando la palabra de transmisión es un dato (1) o instrucción (0).

En la Figura 2.7 se muestra la asignación de pines correspondiente de un Módulo

LCD con sus respectivas características.


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40

Tabla 2.2-Asignación de pines del LCDNUMERO DEL PIN SÍMBOLO FUNCIÓN

1 Vdd Fuente de Alimentación(5V)2 Vss Tierra (GND)3 Vo Contraste de Ajuste4 RS Registro de la Señal de Control H/ L5 R/W Señal de lectura / escritura H/L6 E Señal de Habilitación H7 DB0 Línea de Bus de Dato H/ L8 DB1 Línea de Bus de Dato H/ L9 DB2 Línea de Bus de Dato H/ L10 DB3 Línea de Bus de Dato H/ L

11 DB4 Línea de Bus de Dato H/ L12 DB5 Línea de Bus de Dato H/ L13 DB6 Línea de Bus de Dato H/ L14 DB7 Línea de Bus de Dato H/ L

2.6 SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS

Una tarjeta de adquisición de datos es un sistema que utiliza sensores,transductores, amplificadores, convertidores analógico-digital ( A/D) y digital-

analógico (D/A), que interactúan entre sí ofreciendo procesar información de un

sistema físico del mundo real (datos-analógicos) en forma digitalizada, donde cada

dispositivo no solo trabaja de manera individual sino que trabaja efectivamente con

los demás componentes para que todo el sistema opere correctamente.

Una vez que las señales eléctricas se transforman en digitales, se envían a través

del bus de datos a la memoria del computador Personal Computer (PC ). Los datos

analógicos tomados del sistema físico se convierten en un valor de voltaje a través

del conversor A/D que a su vez corresponde a una combinación binaria. Esta

conversión requiere de un sensor o transductor que se encarga de leer la variable

http://es.wikipedia.org/wiki/Bus_de_datoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Bus_de_datos


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41

física y de representar dicha variable en un valor de voltaje o corriente, por el cual

tenemos que hacer llegar al ADC del microcontrolador.

Para que el ADC pueda realizar la conversión del valor analógico, se le tiene que

agregar un voltaje de referencia, porque éste es el que indica precisamente cuál

es el rango de operación de la entrada del ADC. Todos los ADC del Peripheral

Interface Controller (PIC ), aceptan como máximo un rango de operación que llega

hasta 5V , por lo que podemos establecer rangos de operación de cualquier valor

de voltaje, siempre y cuando no rebasemos los 5V . [14]

Una vez definido el rango, la señal a digitalizar posee una frecuencia alta de

operación y para reproducirla en un proceso posterior hay que tomar un buennúmero de muestras donde así digitalizarlas como tal. En caso contrario,

aparecerá el fenómeno del aliasing (Véase Figura 2.8), que se produce al infra-

muestrear. Si la señal sufre aliasing, es imposible recuperar el original.

Velocidad de muestreo recomendada:

2*frecuencia mayor (medida de frecuencia)

10*frecuencia mayor (detalle de la forma de onda)


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42

Figura 2.7-Filtro Antial is ing

2.6.1 Elementos de un Sistema de Adquisición de Datos

Un sistema de adquisición de datos (Véase Figura 2.9).consta básicamente de:

Las fuentes de señales, que son de dos clases:

Elementos medición directa: producen la señal como resultado de

cantidades eléctricas, como mediciones de voltaje, de corriente, de

resistencia, de frecuencia, etc.

Transductores: dispositivos que censan los fenómenos físicos y convierten

parámetros no eléctricos en señales eléctricas, ejemplos de ellos son las

resistencias detectoras de temperatura, Detectores Resistivos de

Temperatura (RTD’S ), los transductores de flujo, transductores de presión,


40/273

43

etc. En cada caso las señales eléctricas son proporcionales a los

parámetros físicos que monitorean.

2.6.1.1 Elementos de Acondicionamiento de Señales

Estos elementos realizan la tarea de amplificar las señales de bajo nivel, aislarlas

y filtrarlas para tomar mediciones más precisas. Además algunos transductores

usan voltaje o corriente como excitación para poder producir su valor de salida.

Figura 2.8-Sistema de Adquisición de Datos Análogos.

Etapa de Acondicionamiento

El problema es que la mayoría de los sensores y transductores generan señales

que se debe acondicionar antes de que un dispositivo tarjeta de Adquisición de

Datos (DAQ) que pueda adquirir con precisión la señal. Este procesamiento al

frente, conocido como acondicionamiento de señal, incluye funciones como

amplificación, filtrado, aislamiento eléctrico y multiplexado.

El acondicionamiento de señales se divide entonces en:


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44

Ampl i f icación: Es el tipo más común de acondicionamiento. Cuando las

señales son muy pequeñas deben amplificarse para incrementar su

resolución y reducir el ruido.

Aislamiento: Las señales del transductor del medio ambiente y las señales

del equipo receptor se aíslan para reducir ruidos que las distorsionan. En

las señales del receptor se aíslan para evitar transiciones de voltaje que lo

dañen. Una razón adicional es asegurar que las lecturas del equipo de

medición no sean afectadas por diferencias en potenciales de tierra o

voltajes de modo común, ya que esta diferencia puede resultar

imprecisiones en la señal adquirida, o si la diferencia es muy grande, puede

dañar el sistema de medición.

Mult iplexado: Es una técnica para medir varias señales con un solo

dispositivo. A menudo se multiplexa para monitorear diferentes fuentes de

señales de lenta variación como por ejemplo la temperatura. El instrumento

toma muestra de un canal, cambia al próximo canal y toma otra muestra, y

así continúa. Se aconseja que los multiplexores se utilicen antes del

conversor y después del condicionamiento de la señal, ya que de esta

manera no molestará a los aislantes que podamos tener.

Fil trado: El filtro elimina las señales indeseadas de las que se están

tratando de medir. Para las señales de tipo DC (temperatura ) se usa un

filtro de ruido que reducen la precisión de la medición y para las señales de

tipo AC tales como las de vibración, requieren otros filtros conocidos como

filtros antialiasing, los cuales son filtros pasa bajas con una ventana de

corte muy alta para remover casi completamente las frecuencias

indeseables.

Excitación: Prácticamente es la inducción electromagnética que genera la

etapa de acondicionamiento hacia algunos transductores como galgas


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45

extensiometricas, termistores o RTD que por su constitución necesitan de la

misma.

Lineal izacion: Muchos transductores como los termopares, tienen unarespuesta no lineal a los cambios en el fenómeno que están midiendo por lo

que se requieren rutinas de Linealizacion que calculan los nuevos valores

correspondientes a su medición.

Instrumentos de registro grafico. Registran el comportamiento en el tiempo

de las señales monitoreadas. Estos registros se pueden imprimir en rollos

de papel o en una pantalla de computador.

2.7 COMUNICACIONES SERIALES

El concepto de comunicación serial es simple, es un código de codificación binario

que representa los caracteres de los mensajes digitales de los Bits a través de 0 y

1, en serie , uno detrás de otro, lo que hacen que la transmisión sean mucho más

lentas que sus homólogas "paralelo" en las que se transmiten varios Bits a la vez.

Tanto en dispositivos de transmisión como en dispositivos de recepción lospuertos serie son los dispositivos a través de los cuales los datos son transferidos.

En este código los 0 y 1 son caracteres, por lo tanto las comunicaciones seriales

son un código binario por que usan solo 2 valores posibles ceros y unos. Este

concepto ha seguido los estándares definidos desde 1969 por el RS-

232(Recommended Standard 232).

La velocidad de transmisión de datos es expresada en Bits por segundo o

Baudios, donde todo tipo de comunicación serial tiene que realizarse en tiempos

correctos, es decir que, los dispositivos a comunicarse deben tener la misma

velocidad de transferencia, donde comúnmente es de 9600bps que es equivalente

a decir también 1Bit cada 10µS.


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46

Existen varios modos básicos para las transmisiones serie:

Simplex: Un dispositivo transmite y el otro recibe.

Halfduplex : Ambos dispositivos transmiten pero no simultáneamente, esto

quiere decir que mientras un dispositivo transmite la otra espera hasta que

lo reciba.

Full-duplex : Ambos equipos transmiten simultáneamente. Para ello se

requieren dos líneas independientes, transmisión y recepción; la línea de

transmisión de un equipo se conecta a la entrada de recepción del otro y

viceversa. Los puertos serie del PC son capaces de utilizar este modo.

Asíncronas: Las transmisiones asíncronas son aquellas en que los Bits

que constituyen el código de un carácter se emiten con la ayuda de

impulsos suplementarios que permiten mantener en sincronismo en los dos

extremos.

Síncronas: En las transmisiones síncronas los caracteres se transmiten

consecutivamente, no existiendo ni Bit de inicio ni Bit de parada entre los

caracteres, estando dividida la corriente de caracteres en bloques,

enviándose una secuencia de sincronización al inicio de cada bloque.

Figura 2.9-Trama de las Comunicaciones Seriales.

Las características seriales más importantes son: tasa de baudios, Bits de datos,Bits de paro, y paridad (Véase Figura 2.10).

Tasa de baudios: es una unidad de medición para comunicación que indica

el número de Bits transferidos por segundo.


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47

Bits de datos: son mediciones de los Bits de datos actuales en una

transmisión, la cantidad de datos actuales puede ser que no complete 8

Bits. Los valores estándar para los paquetes de datos son de 5, 7, y 8 Bits.El marco que usted elija dependerá de la información que está transfiriendo.

Bits de paro: son utilizados para señalar el término de comunicaciones en

un paquete sencillo.

B it de paridad: este Bit se utiliza para comprobar si los Bits de datos han

sido bien recibidos. Existen estas variantes:Paridad par : si la suma de los Bits de datos es par, el Bit de paridad es 1,

si es impar, el Bit de paridad es 0.

Paridad impar: si la suma de los Bits de datos es impar, el Bit de paridad

es 1, si es par, el Bit de paridad es 0.Sin paridad. No se utiliza el Bit de

paridad.

2.8 PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN

En la actualidad existen diversos protocolos que rigen las comunicaciones en el

ambiente industrial, con diferentes características tales como, el medio físico en la

que se trasporta los datos, la manera en que se segmenta, se codifican y se

interpretan los datos para ser trasmitidos y recibidos.

Un protocolo de comunicación es un conjunto de reglas que permiten la

transferencia e intercambio de datos entre distintos dispositivos que conformanuna red. [13]

Con la evolución de los microprocesadores, ha sido más factible su unificación a

redes industriales con notable ventajas como:


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48

Mayor precisión originada por la integración de tecnología digital en las

mediciones.

Mejor y mayor abarcamiento de información de los dispositivos.

Monitoreo remoto de componentes.

Los buses de campo permite la integración de equipos de medición y control de

variables de procesos. Su objetivo primordial es sustituir las conexiones punto a

punto entre los elementos de campo y el equipo de control.

Normalmente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un

bus en serie, que conecta dispositivos de campo como PLC ’ s, transductores,

actuadores, sensores y equipos de supervisión.

Los buses con mayor presencia en el sector industrial son:

HART

Profibus

Fieldbus Foundation

CAN bus

InterBus-S

Seriplex

ASI

InterBus Loop

Modbus

Modbus Plus

2.8.1 Modbus

[8]El protocolo Modbus fue desarrollado por Modicon a finales de 1980 para

comunicación entre PLC ’ s. La designación Modbus Modicon corresponde a una

marca registrada por Gould Inc .

Como en tantos otros casos, la designación no corresponde propiamente alestándar de red, incluyendo todos los aspectos desde el nivel físico hasta el de

aplicación, sino a un protocolo de enlace (nivel OSI 2 )3. Puede por tanto,

3 El modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI, Open System Interconection) lanzado

en 1984 fue el modelo de red descriptivo creado por ISO. Proporcionó a los fabricantes un conjunto de


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49

implementarse con diversos tipos de conexión física y cada fabricante suele

suministrar un software de aplicación propio, que permite parametrizar sus

productos. Durante la comunicación sobre una red Modbus, el protocolo determina

como cada controlador conocerá su dirección de dispositivo, reconocerá unmensaje direccionado a él, determinara el tipo de acción a tomar y extraerá

cualquier dato u otra información contenida en el mensaje. La principal

característica de este bus de campo es el control de acceso al medio, tipo

Maestro/Esclavo.

En la actualidad debido a su simplicidad y especificación abierta, actualmente es

ampliamente utilizado por diferentes fabricantes.

2.8.1.1 Modbus Capa de Aplicación

Modbus se enfoca en la capa de aplicación (protocolo de mensaje), se encuentra

en el nivel 7 del modelo OSI, también permite la comunicación con diferentes tipos

de redes o buses entre cliente y servidor.

Modbus es un protocolo de solicitud/respuesta y proporciona serviciosespecificados por códigos de función. Los comandos de Modbus son funciones de

solicitud/respuesta de la PDU ’s. El alcance de este documento describe como

establecer una comunicación entre Maestro/Esclavo, donde la tarjeta de

adquisición de datos será el Esclavo y el PLC el Maestro.

Para lograr la interoperabilidad entre diferentes clases de buses y redes

actualmente esta implementado así:

TCP/IP sobre Ethernet .

Trasmisión serial asíncrona a través de varios medios (EIA/TIA-232, EIA-

422, EIA/TIA-485-A, fibra, radio, etc.)

estándares que aseguraron una mayor compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos tipos de

tecnología de red producidos por las empresas a nivel mundial.


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50

Modbus plus, una alta velocidad paso de la señal en red.

En la Figura 2.11 se encuentra la comunicación general del Modbus.

Figura 2.10-Comunicación General del Modbus .

Fuente [8]

El protocolo Modbus permite una fácil comunicación con todo tipo de arquitectura

de redes. En Figura 2.12 se observa algunos tipos de integración de redes

Modbus


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51

Figura 2.11-Ejemplo de una Arquitectura de Redes de Modbus .

5000

5000

5000

Cada tipo de dispositivo (PLC , HMI , Panel de control, driver , interfaces de I/O)

puede usar Modbus para iniciar una operación remota.

La misma comunicación se puede hacer tanto como en serial o redes Ethernet TCP/IP . Los Gateways permiten una comunicación entre diferentes tipos de redes

usando el protocolo Modbus.


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52

2.8.2 Descripción General

2.8.2.1 Descripción del Protocolo

El Modbus define una unidad de dato independiente (PDU ) de las capas de

comunicación principal del modelo OSI .

La Unidad de Dato del Protocolo PDU , se le puede adicionar un campo sobre La

Unidad de Dato de Aplicación (ADU ), para buses específicos o redes. En la

siguiente Figura 2.13 se muestra la estructura general de la trama Modbus.

Figura 2.12-Trama General del Modbus .

Fuente [8]La función de la unidad de dato de aplicación (ADU ) del Maestro indica al Esclavo

que clase de acción debe desarrollar .El protocolo de aplicación Modbus se ubica

en el nivel 7 del modelo OSI y establece el formato de una solicitud iniciada por un

Maestro.


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53

El código de función de la unidad de datos del Modbus es codificado en un solo

Byte. Los códigos validos están en el rango de 1-255 en formato decimal (el rango

de 128-255 es reservado y usado para respuestas en excepción). Cuando el

mensaje es enviado desde un Maestro a un Esclavo la trama del código de funciónle dice al Esclavo que clase de acción debe desarrollar, donde el código de

función 0 no es válido. Estos códigos de función agregan códigos de sub-función

para definir múltiples acciones.

La trama del dato utiliza información adicional del código de función para que el

Esclavo reconozca la acción definida por el código de función. Esta información

adicional de la trama puede incluir ítems de direccionamiento de registros donde

son manejados por el contador del Byte del dato en la trama.

En ocasiones la trama del dato puede venir en “0”, en este caso el Esclavo no

requiere una información adicional y el código de función solo especifica la acción.

Sin ningún error ocurre relacionado con el código de función solicitado en una

recepción adecuada, la trama del dato de la respuesta de un Esclavo a un Maestro

contiene el dato requerido. Por el contrario si ocurre un error, la trama del dato

contiene un código de excepción para que la aplicación del Esclavo la pueda usary así determinar la siguiente acción a tomar.

Por ejemplo un Maestro puede leer el estado ON/OFF de un grupo I/O o puede

leer o escribir el contenido del dato de un grupo de registros. Cuándo el Esclavo

responde al Maestro este usa el código de función para indicar una normal

respuesta (sin error) o alguna clase de error ocurrido (llamado una respuesta

opcional).Para una respuesta normal el Esclavo simplemente repite la solicitud del

original código de función. La Figura 2.14 muestra el orden secuencial de tramasde una transmisión (solicitud) y recepción (respuesta).


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54

Figura 2.13-Transacción del Modbus (libre de error).

Fuente [8]

Para una respuesta en excepción, el Esclavo devuelve un código que es

equivalente al código de función original de la PDU solicitada con su Bit más

significativo seteado en 1. En la Figura 2.15 detalla cómo es una respuesta en

excepción del dispositivo Esclavo hacia el dispositivo Maestro.


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55

Figura 2.14-Transacción del Modbus (Respuesta en Excepción)

Fuente [8]

El tamaño de la PDU es limitada por el tamaño de la implementación del protocoloModbus sobre redes seriales (Max. RS485 ADU =256 Bytes).

Por lo tanto:

La PDU por línea de comunicación serial= 265-direccion Esclavo (1 Byte)- CRC

(2 Bytes)=253 Bytes

Consecuentemente:

RS232 /RS485 ADU = 253 Bytes+ dirección Esclavo (1 Byte)+ CRC (2 Bytes)=256 Bytes .

TCP MODBUS ADU = 253 Bytes+ MBAP (7 Bytes) = 260 Bytes.

El Modbus define tres PDUS:


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MODBUS Solicitud PDU, mb_req_pdu: La mb_req_pdu está definida

como:

mb_req_pdu = {function_code, request_data}, donde

function_code = [1 Byte] Modbus código de función

request_data = [n Byte] Esta trama es una función de código dependiente y

usualmente contiene información adicional, como por ejemplo: referencia de

variable, contador de variables, códigos de sub-funciones etc.

MODBUS Respuesta PDU , mb_rsp_pdu

La mb_rsp_pdu es definida como:

mb_rsp_pdu = {function_code, response_data},

Dónde:

function_code= [1 Byte] Modbus código de función

response_data= [n Byte] Esta trama es una función de código dependiente

y usualmente contiene información adicional, como por ejemplo: referencia

de variable, contador de variables, códigos de sub-funciones etc.

MODBUS respuesta de excepción PDU , mb_excep_rsp_pdu

La mb_exceo_rsp_pdu es definida como:

mb_excep_rsp_pdu = {exception-function_code, request_data}

Dónde:

Exception-function_code= [1 Byte] Modbus código de función + 0x80

exception_code = [1 Byte] El código de excepción Modbus está definido en

la Tabla 2.7.


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57

Decodificación del Dato: Modbus usa una representación “big –Endian4”

para las direcciones e ítems del dato. Esto significa que cuando hay una cantidad

numérica más grande que un simple Byte transmitido, el Byte más significativo es

enviado primero. Por ejemplo:

Tamaño del Registro 16 – Bits

Valor 0x1234 El primer Byte enviado es 0x12 después 0x34

Modelo del Dato Modbus : Modbus basa su modelo del dato en unas

series de índices que tienen sus características principales.

Las cuatro características primordiales pueden verse en la Tabla 2.2.

Tabla 2.3-Modelo del Dato ModbusPrimeros

Índices

Tipo de

Objetó Tipo de Comentarios

Entradas

discretas Un solo Bit Solo lectura

Este tipo de dato puede ser

suministrado por I/O del

sistema

Bobinas Un solo Bit

Lectura-

Escritura


alterado por una aplicación del

programa

Registros de

entrada

Palabra de

16-Bit Solo lectura


suministrado por I/O del

sistema

Registros

holding

Palabra de

16-Bit

Lectura-

Escritura

Este tipo de dato puede seralterado por una aplicación del

programa

4 El término “Big Endian” se refiere a la forma en que los números binarios de bytes múltiples son guardados

en la computadora.


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58

Las diferencias entre entradas/salidas, y entre Bit -direccionable y palabra-

direccionable de los ítems del dato, no implican ningún comportamiento de

aplicación. Es perfectamente aceptable, y muy común, a lo que se refiere a las

cuatro características, como solapamiento entre sí, siendo esta la más natural

interpretación del objetivo de dispositivo en cuestión.

Por cada una de estas características, el protocolo permite elegir de los 65536

ítems del dato solo uno, y las operaciones de leer o escribir de estos ítems son

designadas para abarcar múltiples y consecutivos ítems del dato hasta alcanzar

un límite del tamaño del dato él cual es dependiente de la comunicación del código

de la función.

Es obvio que todo el dato manejado por vía Modbus debe ser localizado en

dispositivos de memoria de aplicación del Esclavo. Pero la dirección física en

memoria no debe ser confundida por los datos de referencia. El único requisito es

establecer un vínculo de datos de referencia con la dirección física.

Los números de referencia lógica del Modbus que son usados en funciones, son

índices enteros sin signo a partir del cero

Modelo Direccionamiento Modbus: el protocolo de aplicación Modbus

define precisamente reglas para el direccionamiento de la PDU .

En una PDU-MODBUS cada dato es direccionado desde: [0 -65535]. Esto también

define claramente un modelo del dato compuesto de 4 bloques que comprenden

varios elementos numerados desde 1 hasta n.

El modelo del dato-Modbus tiene que ser obligado a la aplicación del dispositivo

(objeto IEC-611315 , u otro modelo de aplicación), donde el pre-mapeado entre el

5 El estándar internacional IEC 61131 es el primer paso para la estandarización de los autónomas

programable y sus periféricos, incluyendo los lenguajes de programación que se debe utilizar.


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59

modelo del dato Modbus y el dispositivo de aplicación, es totalmente del diseñador

del dispositivo específico.

Definición de la transacción del Modbus: en la Figura 2.16 se observa el

diagrama de estado que describe el procesamiento genérico de una transacción

Modbus en el Esclavo.

Figura 2.15-Diagrama de Flujo de la Transacción del Modbus .


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60

Una vez la solicitud ha sido procesada por un Esclavo, se construye una respuesta

mediante la adecuada transacción del Esclavo Modbus.


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61

Dependiendo del resultado del procesamiento de los 2 tipos de respuesta se

construye así:

Para una respuesta sin excepción:

La respuesta código de función = La solicitud del código de la función

Para una respuesta excepción:

El objetivo es suministrar al Maestro de información relevante

concerniente al error detectado durante el procesamiento.

El código de función de excepción = la solicitud del código de función +

0x80. Un código en excepción es suministrado para indicar la razón del error.

Categorías del código de función: hay 3 categorías de códigos de

Función del Modbus, las cuales son:

1. Códigos de Función Públicos

Los códigos de función están bien definidos.

Garantiza que sea único.

Validado por la comunidad MODBUS-IDA.org

Públicamente documentado.

Incluye ambos, los códigos de función públicos definidos como tan bien los

códigos indefinidos de función reservados para uso futuro.

2. Códigos de Función Definidos por el Usuario

Hay 2 rangos para que el usuario defina códigos de función, es decir 65 a

72 y desde 100 a 110 decimal


59/273

62

El usuario puede seleccionar e implementar un código de función que no

está soportado por la especificación.

No hay garantía que el uso del código de la función seleccionada sea único.

Si el usuario quiere reasignar una funcionalidad de un código de función

público, tendrá que iniciar una RFC para introducir el cambio dentro de la

categoría pública y tener un nuevo código de función público asignado.

La organización Modbus-Inc . expresamente se reserva desarrollar el

propósito de una RFC.

3. Códigos de Función Reservados

Los códigos de función actualmente usados por algunas compañías

para legalizar productos y no están disponibles para uso del público

De la Tabla 2.3 se aprecian algunos códigos de función actualmente usados por

algunas compañías para legalizar sus productos y no están disponibles para uso

del público.


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Tabla 2.4-Categoría del Código de Función del Modbus .127

Códigos de función públicos

100Códigos de función definidos por el usuario

72Códigos de función públicos

65Códigos de función definidos por el usuario

1

Códigos de función públicos

Fuente [8]

Definición del los códigos de función públicos: la Tabla 2.4 se describe

los códigos de función disponibles que ya han sido definidos para el público.


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Tabla 2.5-Definición de Código de Función Público.Códigos de

Función

CódigoSucódigo

(

Hex)

Datode

Acceso

Bits de Acceso

EntradasDigitalesFísicas

Lectura deEntradasDigitales 02

02

Bits Internos oBobinasFísicas

Lectura deBobinas 01

01

Escritura deuna solaBobina 05

05

Escritura deMúltiplesBobinas 15

0F

16 Bitsde

Acceso

EntradasFísicas deRegistros

Lectura deEntrada

Análoga 0404

Lectura deRegistrosHolding 03

03

Escritura de un

solo Registro 06

0

6

RegistrosInternos

Escritura deMúltiplesRegistros 16

10

Lectura/Escritura MúltiplesRegistros 23

17

Registros deSalida Físicos.

Mascara delRegistro de

Escritura 2216

Lectura de

cola del FIFO 24

1

8

Acceso de File Record

Lectura de FileRecord 20

14

Escritura deFile Record 21

15

DiagnósticosLectura deEstado en 07

07


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65

Excepción

Diagnostico 08

00-18,20

08

Obtención deContador deeventos 11

0B

Obtención delRegistro de

eventos 120C

Informe deEsclavos ID 17

11

Lectura deldispositivo deIdentificación 43

2B

Otro Encapsuladode Interface 43 2BReferenciaGeneral delCAN open 43 13

2B

Descripción de los códigos de función: a continuación se describen

algunos de los códigos de función públicos.

01(0x01) Lectura de bobinas: esta función es usada para leer desde 1 a2000 estados contiguos de bobinas en un dispositivo remoto. La solicitud de la

PDU específica la dirección de inicio, es decir la dirección de la primera bobina y el

número de bobinas. En la PDU las bobinas son direccionadas empezando por

cero. Por otro lado las bobinas enumeradas de 1-16 son direccionadas como 0-15.

Las bobinas en el mensaje de respuestas son empaquetadas con un Bit por

bobina en la trama del dato. El estado es mostrado como 1=ON y 0=OFF . El LSB

del primer Byte del dato contiene la salida direccionada en la solicitud. Las otrasbobinas siguen hacia el final de la parte alta de ese Byte, y desde la parte baja

hasta la parte alta en los Bytes posteriores.


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Si la cantidad de la salida que se devuelve no es un múltiplo de 8, los Bits

restantes en el Byte del dato final será rellenado con ceros (hacia el orden superior

del final del Byte).El Byte de conteo indica la cantidad de Bytes completos del

dato.

02(0x02) Lectura de entradas digitales: esta función es usada para leer

desde [1 a 2000] estados contiguos de entradas digitales en un dispositivo remoto

(Esclavo). La solicitud (Maestro) de la PDU específica la dirección de inicio, es

decir la dirección de la primera entrada y el número de entradas. En la PDU las

entradas digitales son direccionadas empezando por cero. Por otro lado las

entradas digitales enumeradas de [1-16] son direccionadas como [0-15].

Las entradas digitales en el mensaje de respuestas son empaquetadas un Bit por

entradas en la trama del dato. El estado es mostrado como 1=ON y 0=OFF . El

LSB del primer Byte del dato contiene las entradas direccionadas en la solicitud.

Las otras entradas siguen hacia la parte alta del el final de ese Byte, y desde la

parte baja hasta la parte alta en los Bytes posteriores.

Si la cantidad de las entradas que se devuelve no es un múltiplo de 8, los Bits

restantes en el Byte del dato final serán rellenados con ceros (hacia el ordensuperior del final del Byte). El Byte de conteo indica la cantidad de Bytes

completos del dato. En la Tabla 2.5 se muestra como es el envió de la solitud, la

respuesta y el error.


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Tabla 2.6-Envió de Función 04Solicitud

Código de función 1 Byte 0x02

Dirección de inicio 2 Bytes 0x0000 hasta 0xFFFF

Cantidad de entradas 2 Bytes 1 hasta 2000 (0x7D0)

Respuesta

Código de función 1 Byte 0x02

Contador de byte 1 Byte N*

Estado de las Entradas N* x 1 Byte*N = Cantidad de entradas / 8 si el resto es diferente de 0 ⇒ N = N +1

Error

Código de error 1 Byte 0x82

Código de excepción 1 Byte 01 o 02 o 03 o 04

Fuente [8]

03(0x03) Lectura de registro de retención: esta función es usada para

leer el contenido de un bloque contiguo de un registro de retención en un

dispositivo remoto. La solicitud de la PDU específica la dirección de inicio y el

número de registros. En la PDU los registros son direccionados empezando por

cero. Por otro lado los registros enumerados de 1-16 son direccionados como 0-

15.

Los datos de registros en el mensaje de respuestas son empaquetados por dos Bit

por registro. El estado es mostrado como 1=ON y 0=OFF . El LSB del primer Byte

del dato contiene las entradas direccionadas en la solicitud. Las otras entradas


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siguen hacia orden superior del el final de ese Byte, y desde el orden inferior al

orden superior en los Bytes posteriores.

Si la cantidad de las entradas que se devuelve no es un múltiplo de 8, los Bits

restantes en el Byte del dato final serán rellenados con ceros (hacia el orden

superior del final del Byte). El Byte de conteo indica la cantidad de Bytes

completos del dato.

04(0x04) Lectura de entrada análoga: esta función es usada para leer

desde [1-125] entradas análogas contiguas en un dispositivo remoto (Esclavo). La

solicitud (Maestro) de la PDU especifica la dirección de inicio del registro y el

número de registros. Los registros de la PDU son direccionados empezando porcero. Por otro lado los registros enumerados de [1-16] son direccionados como [0-

15].

Los datos de registros en el mensaje de respuestas son empaquetados por dos

Bytes por registro, con el contenido binario es justificado a la derecha dentro de

cada Byte. Por cada registro, el primer Byte contiene la parte alta del los Bits y la

segunda contiene la parte baja de los Bits. En la Tabla 2.6 se muestra como es el

envió de la solitud, la respuesta y el error.


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Tabla 2.7-Envió de Función 04Solicitud

Código de función 1 Byte 0x04Dirección de inicio 2 Bytes 0x0000 hasta 0xFFFFCantidad de registros de entrada 2 Bytes 0x0001 hasta 0x007D

RespuestaCódigo de función 1 Byte 0x04Contador de byte 1 Byte 2 x N*Estado de las Entradas N* x 2 Byte

*N = Cantidad de Registros de entrada.

ErrorCódigo de error

1 Byte 0x84

Código de excepción1 Byte

01 o 02 o 03 o 04

Fuente [8]

05(0x05) Lectura de una sola bobina: este código de función es usado

para escribir una sola salida para cualquier estado ON /OFF en un dispositivo

remoto. Esta solicitud de estado ON/OFF se especifica por una constante en la

solicitud del campo del dato. Un a solicitud de valor 0X0000 puede ser OFF. Todos

los otros valores son ilegales y no afectaran la salida.

La solicitud de la PDU específica la dirección de la bobina para ser cambiada. Las

bobinas son direccionadas para empezar en cero. Por lo tanto la bobina numerado

1 es direccionado como 0. El estado de la solicitud ON/OFF esta especificado por

una constante en el valor del campo de la bobina. Un valor de 0XFF00 solicita a labobina que este en ON . Un valor de 0X0000 solicita a la bobina estar en OFF .

Todos los otros valores son ilegales y no afectaran a bobina.

La respuesta normal es un eco de la solicitud, donde después se retorna cuando

la bobina ya ha sido escrita.


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06(0x06) Registro de solo escritura: este código de función es usado para

escribir un solo registro soportado en un dispositivo remoto.

La solicitud de la PDU especifica la dirección del registro a ser escrito. Los

registros son direccionados para empezar en cero. Por lo tanto el registro

numerado 1 es direccionado como 0.

La respuesta normal es un eco de la solicitud, donde inmediatamente se retorna el

contenido del registro cuando ya ha sido escrito.

16(0x10) Escritura de múltiples registros: este código de función es

usado para escribir un bloque de registros contiguos (1 a 123 registros), en un

dispositivo remoto.

La solicitud de valores escritos es especificada en el dato de solicitud. El dato es

empaquetado como dos Bytes por registros. La respuesta normal retorna el código

de función, dirección de inicio y una cantidad de registros escritos en dos Bytes

por registros. La respuesta normal retorna el código de función, dirección de inicio,

y una cantidad de registros escritos.

Códigos de excepción: Los códigos de excepción se producen cuando

hay un error de comunicación en la respuesta del dispositivo Esclavo, estos

códigos pueden ser: por error de paridad, por error de CRC, por error de

direccionamiento, etc. En la Tabla 2.7 se muestra los códigos de error soportados

por el Esclavo Modbus.


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Tabla 2.8-Códigos de Error de Ejecución del Protocolo Modbus en elEsclavo.Códigos de

errorDescripción

0 Sin error.

1

Error de paridad en la respuesta. Sólo es posible si se utilizaparidad par o impar. La transferencia ha sido perturbada y esposible que se hayan recibido datos incorrectos. Este error sedebe normalmente a un problema eléctrico, p. ej. Un cableadoincorrecto o ruidos eléctricos que afectan la comunicación.

2 No utilizado

3

Timeout de recepción. No se ha recibido una respuesta delEsclavo dentro del tiempo indicado en Timeout. Ello puededeberse a una conexión eléctrica defectuosa con el Esclavo, aque los ajustes del Maestro y del Esclavo son diferentes(velocidad de transferencia y/o paridad), o bien a una direcciónincorrecta del Esclavo.

4

Error en un parámetro de petición. Uno o más parámetros deentrada (Slave, RW , Addr o Count ) se han ajustado a un valor noválido. En la documentación se indican los valores permitidospara los parámetros de entrada.

5El Maestro Modbus no está habilitado. MBUS_CTRL se debellamar en cada ciclo antes de llamar a MBUS_MSG.

6Modbus está procesando otra petición. Sólo puede estar activadauna operación MBUS_MSG a la vez.

7Error en la respuesta. La respuesta recibida no corresponde a lapetición. Ello indica que hay un problema en el Esclavo o que unEsclavo incorrecto ha respondido a la petición.

8

Error CRC en la respuesta. La transferencia ha sido perturbada yes posible que se hayan recibido datos incorrectos. Este error sedebe normalmente a un problema eléctrico, p. ej. Un cableadoincorrecto o ruidos eléctricos que afectan la comunicación.

101 El Esclavo no soporta la función solicitada en esta dirección.


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102El Esclavo no soporta la dirección de los datos. El rango dedirecciones solicitado de Addr más Count está fuera del rango dedirecciones permitido para el Esclavo.

103

El Esclavo no soporta el tipo de datos. El Esclavo no soporta el

parámetro Addr.

105El Esclavo ha aceptado el mensaje, pero hay un retardo en larespuesta. Este es un error de MBUS_MSG. El programa deusuario debería reenviar la petición más tarde.

106

El Esclavo ha aceptado el mensaje, pero hay un retardo en larespuesta. Este es un error de MBUS_MSG. El programa deusuario debería reenviar la petición más tarde. El Esclavo estáocupado y ha rechazado el mensaje. Intente reenviar la mismapetición para obtener una respuesta.

107 El Esclavo ha rechazado el mensaje por un motivo desconocido.108

Error de paridad en la memoria del Esclavo. Éste es un error delEsclavo.

Fuente [9]

2.8.2.2 Capa de Enlace de Datos Modbus

Protocolo principal Maestro/Esclavo Modbus: el protocolo de línea

serial Modbus es un protocolo Maestro-Esclavo, donde solamente un Maestro altiempo es conectado al bus, y una o varios nodos Esclavos (número máximo 247)

son conectados al mismo bus serial.

Una comunicación Modbus es siempre iniciada por el Maestro, donde los nodos

Esclavos nunca trasmiten un dato sin recibir una solicitud desde el nodo Maestro.

En una red, los nodos Maestros nunca se comunicaran entre sí, siendo el nodo

Maestro quien inicia una transacción Modbus al tiempo.

El nodo Maestro envía una solicitud al Esclavo de dos modos:

Modo unicast : el Maestro direcciona a un Esclavo individualmente y después

de recibir y procesar la solicitud, el Esclavo devuelve un mensaje al Maestro

(una respuesta), en la Figura 2.17 se puede apreciar la comunicación Unicast .


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En este modo, la transacción consiste en dos mensajes: una solicitud desde el

Maestro y una respuesta desde el Esclavo, donde cada Esclavo tendrá una

dirección única (1 a 247), de modo que pueda ser direccionado

independientemente de otros nodos.

Figura 2.16-Modo Unicast.

Fuente [7]

Modo broadcast , el Maestro puede enviar una solicitud a todos los Esclavos,

en la Figura 2.18 se puede ver como se realiza una comunicación broadcast .

El modo broadcast tiene las siguientes características:

La solicitud broadcast es escrita necesariamente por comandos.

Ninguna respuesta es retornada a la solicitud broadcast enviada por

el Maestro.

Todos los dispositivos tendrán que aceptar el modo broadcast por

funciones de escritura.

La dirección 0 es reservada para un cambio de broadcast.


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Figura 2.17-Modo Broadcast .

Fuente [7]

Modos de trasmisión serial: Dos modos diferentes de trasmisión serial

son definidos. El modo RTU y el modo ASCII .

Estos definen el contenido del Bit de la trama de mensajes trasmitida serial mente

en la línea serial.

Este modos determinan como la información es decodificada y empaquetada

dentro de la trama del mensaje. El modo de transmisión tendrá que ser el mismo

para todos los dispositivos sobre la línea serial.

Sin embargo el modo ASCII es requerido en algunas aplicaciones específicas, la

interoperabilidad entre dispositivos Modbus puede ser lograda solamente si cada

dispositivo tiene el mismo modo de comunicación. El modo de transmisión ASCII

es opcional.

En los dispositivos, el modo de transmisión debe ser establecido por el usuario

(RTU o ASCII), de lo contrario el modo RTU será establecido por defecto.


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Modo de transmisión RTU : cuando los dispositivos se comunican sobre

una línea serial Modbus usando el modo RTU (Remote Terminal Unit ), cado 8 Bits

del Byte en un mensaje contiene dos de 4 Bits hexadecimales. La principal ventaja

de este modo es que su carácter de mayor densidad permite un mejorrendimiento del dato que en el modo ASCII para la misma velocidad de trasmisión.

Cada mensaje tendrá que ser trasmitido en un continuo flujo de caracteres.

El formato (11 Bits) para cada Byte en el modo RTU es:

Codificación del sistema: 8 Bit binarios

Bits por Byte: 1 Bit inicio

8 Bits de dato, el menos significativo Bit es enviado

Primero

1 Bit para la complementación de paridad

1 Bit de parada

Otros modos (paridad par, impar, sin paridad) también pueden ser usados a fin de

asegurar una máxima compatibilidad con otros productos. Observación: el uso de

no paridad requiere dos Bits de parada.

Como se transmiten los caracteres serial mente: Cada carácter es enviado en el

orden de izquierda a derecha. Esto se puede apreciar en la Tabla 2.8 Del LSB al

MSB

Tabla 2.9-Secuencia de Bit en Modo RTU.

Start 1 2 3 4 5 6 7 8 Paridad Stop

Los dispositivos pueden aceptar la configuración ya sea par, impar o sin chaqueo

de paridad. Si no se implementa la paridad, un Bit adicional de parada es


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transmitido para llenar la trama de los caracteres asíncronos de 11 Bits (Véase

Tabla 2.9)

Tabla 2.10-Secuencia de Bit en Modo RTU (Sin Paridad).

Start 1 2 3 4 5 6 7 8 Stop Stop

Trama de descripción (Véase Tabla 2.10)

Tabla 2.11Trama de Mensaje RTU.

Dirección Función Datos CRC

1 byte 1 byte 0 hasta 252 bytes 2 bytes

CRC Bajo CRC Alto

El tamaño máximo de una trama RTU Modbus es 256 Bytes

Tramado del mensaje RTU : un mensaje Modbus es ubicado dentro de una

trama del dispositivo de transmisión que tiene un punto conocido de inicio y final.

Esto permite al dispositivo que reciba una nueva trama para el inicio del mensaje y

para saber cuando el mensaje es completado. Los mensajes parciales tendrán

que ser detectados y los errores tendrán que ser establecidos como un resultado.

En el modo RTU , las tramas de mensajes son separadas por un intervalo de

tiempo silencioso al menos de 3.5 veces el carácter (Véase Figuras 2.19 y 2.20).

Figura 2.18-Tiempos de la Trama RTU .


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Figura 2.19-Trama de Mensaje RTU.

Fuente [7]

La trama de mensaje entero tendrá que ser trasmitida como un flujo continuo de

caracteres.

Si un intervalo silencioso de más de 1.5 veces el carácter se produce entre dos

caracteres (Véase Figura 2.21), la trama se declara incompleta y debe ser

descartada por el receptor.

Figura 2.20-Tiempos de Caracter de la Trama RTU.

Fuente [7]

Chequeo del CRC : el modo RTU incluye una trama de comprobación de errores

que es basada en una comprobación de redundancia cíclica (CRC ), método

realizado en el contenido del mensaje.

La trama CRC verifica el contenido de todo el mensaje. Esto se aplica

independientemente de cualquier comprobación de paridad usada para los

caractere

diseño módulo modbus murillo 2011

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