ما هو مودبوس وكيف يعمل؟

غالبًا ما تتطلب الأتمتة الصناعية والاتصالات بروتوكولات تضمن التفاعل السلس بين الأجهزة والأنظمة. أحد هذه البروتوكولات المعتمدة على نطاق واسع هو بروتوكول مودبوس. فقد جعلته بساطته ومرونته وفعاليته حجر الزاوية في عالم الاتصالات الصناعية. في هذه المقالة، سوف نستكشف ما هو مودبوس وكيفية عملها، وتطبيقاتها، وسبب كونها أداة أساسية في عصر إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT).

ما هو مودبوس؟

مودبوس هو بروتوكول اتصالات تم تطويره في عام 1979 من قبل شركة موديكون (شنايدر إلكتريك حالياً). يُستخدم لتسهيل تبادل المعلومات بين الأجهزة الإلكترونية. مودبوس بسيط وموثوق ومفتوح المصدر، مما يجعله أحد أكثر البروتوكولات شيوعًا في الأتمتة الصناعية.

يتيح Modbus في جوهره الاتصال بين العميل (الرئيسي) والخادم (التابع) عبر أنواع مختلفة من الشبكات، بما في ذلك الخطوط التسلسلية (مثل RS-232 و RS-422 و RS-485) والإيثرنت. وهو يحدد طريقة قياسية لنقل البيانات، مما يضمن إمكانية التشغيل البيني بين الأجهزة من مختلف الشركات المصنعة.

فيما تُستخدم؟

يستخدم الأشخاص Modbus في المقام الأول في الإعدادات الصناعية للاتصال والتواصل مع وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) وأجهزة الاستشعار وأنظمة المراقبة. فيما يلي حالات الاستخدام الشائعة:

• الحصول على البيانات: غالبًا ما يستخدم Modbus لقراءة البيانات من الأجهزة الميدانية مثل أجهزة الاستشعار والعدادات. يمكن أن تشمل هذه البيانات قياسات درجة الحرارة والضغط ومعدل التدفق وغيرها من المعلمات المهمة لرصد العمليات الصناعية والتحكم فيها.
• أنظمة التحكم: يمكن استخدام Modbus لإرسال الأوامر إلى المشغلات والمحركات والصمامات للتحكم في العمليات الصناعية. يسمح ذلك بالتحكم عن بُعد وأتمتة المعدات الصناعية، مما يحسن الكفاءة ويقلل من الحاجة إلى التدخل اليدوي.
• مراقبة النظام: يمكن استخدام Modbus لتتبع المعلمات التشغيلية وأداء الأنظمة الصناعية. وهذا يساعد على تحديد المشاكل المحتملة واتخاذ الإجراءات التصحيحية قبل أن تؤدي إلى التعطل أو الأعطال.
• التحكم الإشرافي والحصول على البيانات (SCADA): يمكن أن يتكامل مودبوس مع أنظمة SCADA لجمع البيانات وتحليلها في الوقت الفعلي. تُستخدم أنظمة SCADA لمراقبة العمليات الصناعية والتحكم فيها من موقع مركزي، ويوفر نظام مودبوس طريقة لتوصيل الأجهزة الميدانية بنظام SCADA لجمع البيانات والتحكم فيها.

أنواع بروتوكول مودبوس

هناك عدة أشكال مختلفة لبروتوكول مودبوس، كل منها يناسب تطبيقات مختلفة:

1. بروتوكول مودبوس ASCII:

يمثل هذا البروتوكول بالفعل البيانات بأحرف ASCII، مما يجعله قابلاً للقراءة البشرية. غالبًا ما يستخدمه المستخدمون في التطبيقات منخفضة السرعة، ويتطلب نطاقًا تردديًا أكبر من البروتوكولات الثنائية. ومع ذلك، لا يستخدمه الناس بشكل شائع في البيئات الصناعية الحديثة بسبب سرعته وكفاءته المحدودة.

2. بروتوكول مودبوس بلس:

طوّرت شنايدر إلكتريك هذا البروتوكول كبروتوكول خاص للاتصال عالي السرعة من نظير إلى نظير. ومع ذلك، لم يعد الناس يستخدمونه على نطاق واسع نظراً لتوفر بروتوكولات أكثر حداثة وانفتاحاً مثل Modbus TCP و Modbus RTU.

3. بروتوكول Modbus TCP:

يعمل هذا البروتوكول عبر شبكات الإيثرنت ويستخدم اتصالات TCP/IP القياسية، مما يجعله خياراً شائعاً لأنظمة الأتمتة الصناعية الحديثة. وهو يدعم تفاعلات متعددة بين العميل والسيد ولا يتطلب أجهزة إضافية.

4. بروتوكول Modbus RTU:

هذا هو بالفعل متغير Modbus الأكثر استخدامًا في الإعدادات الصناعية الحديثة. وهو يستخدم تمثيل البيانات الثنائية لتحقيق الكفاءة ويعمل عبر خطوط الاتصال التسلسلية مثل RS-232 أو RS-422 أو RS-485.

كيف يعمل بروتوكول مودبوس؟

يعمل مودبوس على نموذج العميل-الخادم، حيث:

• العميل (ماجستير): يطلب البيانات أو يرسل الأوامر.
• الخادم (الرقيق): يستجيب للطلبات أو ينفذ الأوامر.

عملية التواصل:

1. الطلب: يرسل الجهاز الرئيسي استعلامًا إلى واحد أو أكثر من الأجهزة التابعة محددًا الإجراء الذي يريد تنفيذه (على سبيل المثال، قراءة البيانات من جهاز استشعار، وكتابة البيانات إلى مشغل).
2. الاستجابة: يعالج الجهاز التابع الاستعلام ويرسل البيانات المطلوبة أو إقراراً بأن الأمر قد تم تنفيذه.
3. العنوان: قم بتعيين عنوان فريد لكل جهاز تابع لضمان أن يتمكن السيد من التعرف عليه والتواصل معه بشكل صحيح.
4. معالجة الأخطاء: يتضمن بروتوكول مودبوس آليات لاكتشاف ومعالجة الأخطاء في الاتصال، مثل المهلات وأخطاء المجموع الاختباري والعناوين غير الصالحة.

ما هي فوائد استخدام بروتوكول مودبوس؟

1. البساطة: جعل المصممون Modbus سهل التنفيذ والفهم، مما جعله خيارًا شائعًا لأنظمة الأتمتة الصناعية.
2. قابلية التشغيل البيني: يضمن Modbus التوافق بين الأجهزة من مختلف الشركات المصنعة، مما يسمح بالاتصال السلس بين أنواع مختلفة من المعدات.
3. المرونة: يدعم Modbus العديد من وسائط الاتصال، بما في ذلك الخطوط التسلسلية والإيثرنت، مما يمنح المستخدمين المرونة في اختيار طريقة الاتصال الأنسب لتطبيقهم.
4. قابلية التوسع: يسمح Modbus بالتكامل في الأنظمة واسعة النطاق، مما يجعله خيارًا مناسبًا لأنظمة الأتمتة الصناعية التي تحتاج إلى توصيل عدد كبير من الأجهزة.
5. الفعالية من حيث التكلفة: مودبوس هو بروتوكول مفتوح المصدر، مما يعني أنه لا توجد تكاليف ترخيص مرتبطة باستخدامه. يمكن أن يساعد ذلك في تقليل التكلفة الإجمالية لتنفيذ نظام الأتمتة الصناعية.

تطبيقات بروتوكول مودبوس

1. مراقبة الطاقة: يمكن استخدام Modbus للتكامل مع عدادات الطاقة وأنظمة إدارة الطاقة، مما يسمح بمراقبة استخدام الطاقة والتحكم في الوقت الفعلي.
2. أتمتة المباني: يستخدم الأشخاص عادةً Modbus في أنظمة التشغيل الآلي للمباني لإدارة أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والإضاءة والتحكم في الوصول. وهذا يساعد على تحسين كفاءة الطاقة وراحة الشاغلين.
3. التصنيع: يُستخدم Modbus على نطاق واسع في بيئات التصنيع لتوصيل وحدات التحكم المنطقي القابلة للبرمجة (PLC) والمستشعرات والروبوتات الصناعية. وهذا يسمح بالاتصال السلس والتحكم في عمليات التصنيع.
4. إدارة المياه: يمكن استخدام Modbus لمراقبة عدادات التدفق ومحطات الضخ في أنظمة إدارة المياه، مما يوفر بيانات في الوقت الفعلي عن استخدام المياه وأداء النظام.
5. الشبكات الذكية: يُستخدم Modbus في تطبيقات الشبكة الذكية لتعزيز استقرار الشبكة وأدائها. وهو يسمح بالاتصال والتحكم في الوقت الحقيقي في توليد الطاقة وتوزيعها واستهلاكها.

الأسئلة المتداولة حول مودبوس (الأسئلة الشائعة)