Modbus vs RS485: Principais Diferenças

Pode ser desafiador configurar um dispositivo RS485. A compatibilidade entre os protocolos Modbus e RS-485 é frequentemente um problema. Pode estar a enfrentar uma longa sessão de depuração, uma vez que estes dois protocolos operam em camadas diferentes da pilha de comunicação. 

O protocolo RS485 é uma norma elétrica que opera na camada física da pilha. Define itens como o comprimento do cabo, os níveis de tensão aceitáveis e o número de dispositivos que podem partilhar um único barramento. 

O protocolo Modbus opera na camada de aplicação e foca-se na forma como as mensagens são estruturadas, endereçadas e interpretadas pelo recetor. É necessário saber qual camada está a causar o problema para o resolver de forma eficaz. 

INFORMATION: Ao utilizar um dispositivo de comunicação RS485, compreender esta distinção significa que os utilizadores devem dedicar algum tempo a aprender sobre o protocolo MODBUS. 

Diferenças entre Modbus e RS485

A tabela a seguir compara os parâmetros mais importantes destes dois protocolos cruciais que afetam a sua compatibilidade.

  RS485 Modbus
Camada Física (Camada 1 do OSI) Aplicação (Camada 7 do OSI)
Definido por EIA/TIA-485 Modicon em 1979; agora aberto
Tipo Norma elétrica Protocolo de comunicação
Topologia Barramento multidrop suporta até 32 nós sem repetidores Mestre/Escravo com 1 mestre e até 247 escravos
Função Define a cablagem, os níveis de sinal e outras características elétricas Define a mensagem, o enquadramento de dados e os códigos de função
Formato de dados Sinais de tensão diferencial Tramas RTU (binárias) ou ASCII
Deteção de erros Não especificado CRC (RTU) ou LRC (ASCII)
Velocidade máx. Até 10 Mbps em curtas distâncias Normalmente 9.600 – 115.200 bps  com RTU/ASCII sobre RS485
Distância máx. 1.200 m a 100 kbps Depende da camada física
Variantes RS422 (ponto a ponto), RS232 (curto alcance) Modbus RTU, Modbus ASCII, Modbus TCP/IP

O que é Modbus?

Modbus é um protocolo de comunicação da camada de aplicação desenvolvido pela Modicon em 1979. É um protocolo aberto e gratuito que define como as mensagens são estruturadas quando enviadas entre um dispositivo mestre e um ou mais escravos. O Modbus funciona sobre várias soluções de transporte, incluindo RS485, RS232, RS422 ou Ethernet (TCP/IP).

Principais Características

• Arquitetura: Um mestre comunica-se com até 247 escravos endereçáveis, numerados de 1 a 247, com o ID 0 reservado para difusão.

• Modelo de comunicação: O mestre inicia toda a comunicação enviando pedidos aos escravos, que apenas podem responder.

• Endereçamento: Todos os pedidos incluem o ID do Escravo de destino, que é repetido em todas as respostas.

• Tipos de dados: Bobinas de 1 bit e entradas discretas, registos de entrada e registos de retenção de 16 bits.

• Deteção de erros: LRC no modo ASCII e CRC-16 no modo RTU.

Modelo de dados

• Bobinas (1 bit, leitura/escrita) fornecem o estado de saída discreta.

• Entradas Discretas (1 bit, somente leitura) para o estado de entrada discreta.

• Registos de Entrada (16 bits, somente leitura) armazenam valores de entrada medidos.

• Registos de Retenção (16 bits, leitura/escrita) mantêm valores de configuração e de saída.

Variantes: RTU, ASCII, TCP/IP

• Modbus RTU é o padrão para uso com RS485 devido à sua velocidade e tamanho compacto. Apresenta codificação binária e verificação de erros CRC-16.

• Modbus TCP/IP é usado sobre Ethernet e não precisa de CRC/LRC porque o TCP trata da integridade da comunicação.

• Modbus ASCII utiliza codificação em caracteres hexadecimais e verificação de erros LRC. A variante é normalmente usada em RS232 e é legível por humanos.

O que é RS485?

RS485 (EIA-485) é uma norma elétrica que opera na camada física e que define como os sinais são transmitidos através de fios. O protocolo especifica aspetos como a impedância do cabo, níveis de tensão, comprimento máximo do cabo e topologia do barramento. O RS485 não tem conhecimento de protocolos de camadas superiores, formatos de mensagem ou conteúdo de dados. 

Principais Características

• Sinalização: O diferencial, ou diferença de tensão entre os fios A e B, é altamente resistente a ruído elétrico.

• Topologia: Suporta um barramento multi-drop com até 32 cargas de unidade em um único par de fios sem repetidores.

• Distância máx.: Aproximadamente 1.200 m a 100 kbps, com alcances menores em velocidades de transmissão de dados mais altas.

• Taxa de dados máx.: Suporta até 10 Mbps em distâncias curtas inferiores a 15 m.

• Duplex: O padrão é half-duplex com um par trançado. Full-duplex pode ser implementado com dois pares.

Padrões relacionados: RS232 e RS422

• RS232 é um protocolo ponto a ponto, de terminação simples, com um alcance máximo de cerca de 15 m. Os sinais não são compatíveis com RS485. Adaptadores diretos são normalmente usados para implementações RS485-para-USB ou RS-485-para-Ethernet.

• RS422 fornece sinalização diferencial como RS485, mas é limitado a um driver por linha para comunicação ponto a ponto sem suporte a multi-drop.

Ferramenta para Monitorar e Analisar Dados Modbus

A resolução de problemas de comunicação requer compreender a diferença entre RS485 e Modbus e obter visibilidade sobre o que é transmitido no barramento. A forma mais eficaz de obter essa visibilidade é analisar o tráfego bruto da porta serial. Essa análise permite depurar problemas de forma eficiente, verificando valores de registradores e descobrindo erros de endereçamento.  O Serial Port Monitor (SPM) é uma solução de software que fornece essas informações.

O Modbus Test Software é um analisador de protocolo que fornece informações sobre a comunicação Modbus através de interfaces RS232/RS422/RS485. O software permite que os utilizadores detetem e resolvam facilmente problemas ao testar e depurar a comunicação Modbus. Uma das suas funcionalidades mais valiosas é a capacidade de visualizar e registar os dados que transitam pela porta série de um sistema.

Software de Teste Modbus

Modbus Analyzer permite aos utilizadores visualizar, registar e depurar dados seriais Modbus RTU e ASCII à medida que são transmitidos pelas portas RS485 de um sistema.

Este software profissional de teste Modbus permite aos utilizadores:

• Ligar-se e monitorizar portas seriais já em utilização por outro programa. A visualização em tempo real de todos os dados recebidos pela porta está disponível para monitorização e depuração imediatas.

• Monitorizar múltiplas portas seriais em simultâneo. Pode analisar de forma síncrona a atividade de várias portas seriais numa única sessão. Os dados que fluem em ambas as direções são apresentados numa base de primeiro a entrar, primeiro a sair, num único registo para facilitar a visualização.

• Ver os seus dados em vários formatos, incluindo vistas de tabela, terminal, linha e dump. Podem ser vistas múltiplas vistas ao mesmo tempo, e pode usar filtros para ajustar finamente a sua monitorização.

• Realizar a emulação de dados transferidos para um dispositivo serial para monitorizar a atividade quando exposto a comandos específicos.

Perguntas Frequentes

Não, eles são protocolos diferentes e complementares. Modbus é um protocolo de mensagens, enquanto RS485 define a interface elétrica física. RS485 é o caminho pelo qual o Modbus transmite uma mensagem.

O padrão RS485 suporta até 32 cargas unitárias num barramento sem repetidores, enquanto o Modbus permite até 247 escravos. Normalmente, o limite físico de 32 nós é o padrão, com repetidores implementados para expandir o número de dispositivos suportados.

O Modbus RTU é um protocolo compacto e eficiente que transmite dados em binário com verificação de erros CRC. É o protocolo preferido para utilização com RS485. O Modbus ASCII transmite dados como caracteres hexadecimais legíveis por humanos e utiliza verificação de erros LRC. É uma solução menos eficiente, mas facilita a depuração simplificada em ligações RS232.

Sim. O Modbus também pode operar através de conexões RS232, RS422 ou Ethernet (Modbus TCP/IP). O RS485 é a camada física preferida para o Modbus em ambientes industriais devido às suas capacidades multidrop e imunidade ao ruído.