Протоколы связи являются важной частью автоматизации. В настоящее время даже простые датчики имеют встроенные коммуникационные порты для обмена данными, не говоря уже о ПЛК. В этой связи стоит рассмотреть два старейших, но до сих пор широко используемых протокола связи – Modbus и Profibus. Оба звучат одинаково, но имеют свои особенности. В чем же между ними разница?
Что такое Modbus?
Modbus – это протокол связи, разработанный компанией Schneider Electric, ранее известной как Modicon. Вот почему он называется Modbus. Modbus передает данные по последовательной линии, в которой используются аппаратные интерфейсы, такие как RS-232, Ethernet и RS-485.
Последовательная линия связи означает, что одновременно передается и принимается только один бит. Не допускается одновременная передача нескольких битов. Таким образом, последовательная связь немного медленнее параллельной.
Modbus имеет два формата – RTU и ASCII. RTU используется в двоичном формате, тогда как ASCII использует в текстовый формат ASCII. Modbus – это открытый протокол, то есть любой поставщик может использовать его, встроив в соответствующее программное обеспечение.
Modbus работает в формате ведущий-ведомый. Это означает, что есть одно ведущее устройство, которое запрашивает данные от других ведомых устройств. Подчиненные устройства отвечают и обмениваются данными с ведущим.
В стандартной сети Modbus может быть максимум 247 подчиненных устройств. Бит отправляется и принимается в виде напряжения. Нулевой бит означает +5 В, а единичный бит означает -5 В. Modbus идентифицируется по таким данным, как адреса регистров катушек, код функции, идентификатор устройства и тип чтения/записи.
Кроме того, одной из основных функций, связанных с данными Modbus, является CRC (cyclic redundancy code – циклический избыточный код). Два байта добавляются в конце каждого сообщения Modbus для обнаружения ошибок.
Что такое Profibus?
Profibus означает Process (Pro) Field (Fi) Bus и был разработан Siemens. Profibus можно назвать расширением протокола Modbus, и он более продвинут. Profibus существует в двух модификациях: Profibus DP (Decentralized Peripherals – децентрализованная периферия) для автоматизации машин и Profibus PA (Process Automation – автоматизация процессов) для автоматизации процессов. В них встроены дополнительные функции в соответствии с требованиями приложения. Это позволяет программистам использовать протоколы в соответствии с их задачами. Но, в отличие от Modbus, который работает на трех разных аппаратных уровнях, этот протокол работает только в RS-485.
Единственное, что отличает Profibus – это режим с несколькими мастерами, в то время как Modbus позволяет использовать только одного мастера. Это возможно за счет дополнительного протокола Token Ring в нем. Каждый мастер проходит последовательность запуска при холодном или теплом старте.
Подчиненные устройства ждут, пока мастер запросит данные, и если они не получат ни одного запроса в течение определенного периода времени, он перейдет в спящий режим. В этом случае мастеру необходимо снова пройти этап запуска и инициировать связь. Это означает, что все ведущие и ведомые устройства доступны в сети для корректной связи. Однако режим с несколькими ведущими устройствами доступен только в системе Profibus PA.
Различия Modbus и Profibus
Modbus – это открытый протокол, тогда как Profibus таковым не является, т.е. никто не может его свободно использовать.
Modbus разработан компанией Schneider Electric, а Profibus – компанией Siemens.
Двумя вариантами Modbus являются Modbus RTU и Modbus ASCII, тогда как двумя вариантами Profibus являются Profibus DP и Profibus PA.
Profibus обеспечивает более скоростную связь, чем Modbus.
Modbus может работать на разных аппаратных уровнях, таких как RS-232, RS-485 и Ethernet, тогда как Profibus может работать только на уровне RS-485.
У Modbus может быть только один Мастер, тогда как у Profibus может быть несколько Мастеров.
С точки зрения программирования Modbus намного проще в использовании, чем Profibus.
Profibus более эффективен и надежен для использования в сложных сетях связи, чем Modbus.
Profibus имеет больше возможностей для диагностики и устранения неисправностей, чем Modbus.
Сравнение Modbus и Profibus
Описание | Modbus | Profibus |
Происхождение | Разработан компанией Modicon в 1979 году | Разработан компанией Siemens в 1989 году как часть европейского стандарта Fieldbus |
Тип | Протокол последовательной связи | Стандарт полевой шины для сложных задач автоматизации |
Основное использование | Применяется в промышленности для передачи данных между датчиками и устройствами управления | В основном используется в автоматизации для подключения датчиков, исполнительных механизмов и контроллеров |
Передача данных | Протокол master-slave, в котором главное устройство инициирует транзакции (запросы) | Протокол передачи токена, при котором главное устройство передает токен для управления связью |
Режимы передачи | ASCII, RTU и TCP/IP | DP (децентрализованная периферия) и PA (автоматизация процессов) |
Скорость | До 19,2 Кбит/с в последовательном режиме, выше в TCP/IP | До 12 Мбит/с (Profibus-DP) |
Топология | Простая линейная или звездообразная топология в Modbus TCP/IP | Profibus-DP поддерживает кольцевую, звездообразную и линейную топологии |
Максимальное количество устройств | 247 последовательных устройств и практически неограниченное количество по TCP/IP | Profibus-DP поддерживает до 126 устройств |
Длина кабеля | До 1200 м для RS-485 | До 1200 м (с репитерами для больших расстояний) |
Проверка ошибок | CRC (проверка циклическим избыточным кодом) в RTU, контрольная сумма в ASCII | Использует CRC для проверки ошибок |
Прикладной уровень | Простой (операции чтения/записи) | Более сложный, подходит для широкого спектра применений |
Совместимость | Высокая из-за простоты и широкого использования | Высокая, но больше ориентирована на продукцию определенных производителей |
Отраслевое применение | Широко применяется в различных отраслях промышленности благодаря своей простоте и удобству использования | Широко используется в европейской и автомобильной промышленности |
Сложность и стоимость | Сравнительно простой и недорогой | Более сложный и, как правило, более дорогой из-за расширенных функций |
