Електроний посібник з
дисципліни "Мікропроцесорні системи"
 
Дипломный проект
                                                                          9.3.5. MODBUS

  MODBUS також є шинною системою, що застосовується в промисловій автоматизації, котра підтримується більшою кількістю фірм. Як середовище передачі даних, використовується екранована двопровідна лінія. Устаткуванням для передачі виступає оптимізований інтерфейс RS485 зі швидкістю передачі 1 Мбіт/с. Спосіб отримання доступу до шини Modbus Plus - передача маркера. Топологія являє собою фізичну лінію з максимальною загальною протяжністю 450 м. При використанні повторювачів сигналу кількість користувачів може бути збільшена до 64. Протяжність в такому випадку збільшується до макс. 1800 м. Є можливість створити так звану «двокабельну мережу», завдяки якій користувачі мережі пов’язані між собою подвійною витою парою. За допомогою цього підвищується захищеність від відмов через пошкодження кабелю або помилок за бітами - користувачі постійно контролюють обидві лінії. В подібній техніці кабельного з’єднання повторювачі сигналів мають підключатись завжди між рівними користувачами (див. рис. 9.17).
Рис. 9.17. Двокабельна мережа
  За допомогою спеціальних повторювачів топологія може бути розширена, зіркоподібна або деревоподібна.
Відповідно до еталонної моделі ISO/OSI в Modbus Plus реалізовано разом з рівнями 1 і 2 також рівень 3. Мережі можуть з’єднуватись шляхом мостів. В такому випадку кожна мережа має свій власний маркер та функціонує незалежно від інших мереж. За допомогою реалізації рівня 3 сигнали можуть передаватись через один або кілька мостів. Міст є активним  користувачем шини з двома незалежними одна від одної адресами. (див. рис. 9.18).
  Якщо від одної мережі до іншої надсилається сигнал, то міст отримує відповідний сигнал, зберігає його та надсилає далі, як тільки сигнал отримав маркер іншої мережі. Таким чином можна посилати сигнали через 4 мости. Передача сигналу через різні мережі має задаватись прикладною програмою. Шляхом раціонального використання мостів можна знизити кількість користувачів мережею і значно підвищити потужність та захищеність від відмов кожної мережі окремо та відповідно до всієї системи в цілому. Адреси користувачів не залежать від їх фізичного положення в мережі, до того ж в одній логічній кільцевій схемі не має бути двох однакових адрес.
  Якщо два користувачи в одній кільцевій схемі мають однакові адреси, це передається прикладній програмі.
Коли інсталюється мережа, кожен користувач складає список користувачів. Кругообіг маркера починається з користувача, що має найнижчу адресу, та передається завжди далі на наступну більш високу за значенням адресу. Користувач з найвищою адресою передає маркер користувачу з найнижчою адресою назад. Під час функціонування користувачі можуть вмикатися або вимикатися. Коли один користувач лишає мережу, генерується новий маркер. Процес ініціалізації триває до 100 мс.
  Якщо підключається новий користувач, його буде внесено до списку адрес інших користувачів вже через 15 с (найгірший випадок, зазвичай 5 с). Якщо користувач отримує маркер, то в нього є можливість підключатись до шини. Він може надсилати сигнали довжиною максимум 512 на одного користувача. Є можливість так зконфігурувати користувача, що він зможе послати в цілому 8 Кбіт різним користувачам. На сигнал завжди має надійти відповідь про його отримання. Якщо від відправника не прийнято сигнал підтвердження, той самий сигнал буде повторюватись. Якщо під час другої спроби сигнал підтвердження відправника не надходить, він надсилає повідомлення про помилку, яке може бути запитано додатком.
Рис. 9.18. Фізична та логічна структура Modbus
  При передачі маркера одночасно може бути надіслано до 512 біт широкомовлених повідомлень. Вони знаходяться у фреймі маркера і зберігаються в глобальній базі даних з інформацією про їх відправника. У кожному логічному колі є власна база даних, до якої мають доступ тільки користувачі кола.
Після передачі маркера користувач слідкує за шиною. Якщо від отримувача маркера не надходить жодної реакції, то маркер передається вдруге. Якщо отримувач і після цього не реагує, то мережа заново ініціалізується, починається новий кругообіг маркера. Поруч з цими механізмами попередження помилок передається також 16-бітний циклічний надлишковий код.
  Додатково до модифікації Modbus існує також Modbus TCP/IP на основі оптимізованого з’єднання RS 485. Тут в якості фізичного середовища передачі використовується Ethernet. Застосовується встановлений на нього протокол передачі TCP/IP. Таким чином, виникає апаратна сумісність зі стандартними системами Ethernet. Застосування стеків протоколу TCP/IP в програмному забезпеченні приводить до скорочення витрат на його вдосконалення. В сфері шарів користувачів протоколу також потрібні спеціальні реалізації Modbus.

                                                                    Контрольні запитання

1.Скільки об’єктів можна підключити до шини?
2.Перелічити особливості послідовних шин.
3.Які різновиди польових шин ви знаєте?
4.Інтерфейс RS 232. Назвати приклади використання та логічні рівні.
5.Скільки користувачів можна підключити до інтерфейсу RS 485?
6.Призначення шини I 2C .
7.Скільки ліній необхідно для роботи шини I 2C ? 
8.Як кодуються умови початку та кінця передачі по шиніI 2C?
9.Як виконується арбітраж CAN шини?
10.Які протоколи зв’язку використовують CAN шину?
11.Яким чином отримують доступ до шини Modbus?
12.Яку топологію може мати шина Modbus?