Convertidor de Protocolo
| ||||
Sumario
Protocolo de Comunicación
Los protocolos de comunicación son un conjunto de reglas que proporcionan una técnica uniforme para gestionar un intercambio de información. Estas reglas y procedimientos proveen la administración, asignación y control de los recursos involucrados en el proceso. Se establecen para evitar o resolver problemas producidos por situaciones de excepción, ocurridas en cualquiera de los elementos que intervienen en el proceso (Briceño 2005). En resumen, los protocolos de comunicación establecen un lenguaje de comunicación entre dispositivos. Por medio de su adopción, es posible comprender el mensaje transmitido. Adquirir una comprensión clara de los protocolos de comunicación es un paso importante en la comprensión decómo funciona la red (Al-Fedaghi 2012).
Protocolo Modbus
Modbus es un protocolo de comunicación publicado abiertamente y sin regalías que, a lo largo de los años, se ha afirmado como estándar en el campo industrial gracias a sus características de facilidad de uso e implementación(Huitsing et al. 2008). Situado en el nivel 7 de la capa de aplicación del Modelo OSI, se basa en una arquitectura amo/esclavo o cliente/servidor, diseñado en 1997 por MODICON (Modular Digital Controller) para su gama de controladores lógicos programables (PLC). Convertido en el protocolo de comunicación estándar, goza actualmente de mayor disponibilidad para la conexión entre dispositivos electrónicos industriales. En la variante serie de Modbus los datos pueden intercambiarse en dos modos de transmisión: Modo RTU (Remote Terminal Unit) o Modo ASCII. El Modo RTU algunas veces denominado Modo-B (por Modbus Binario) es el más común(Briceño 2005). El hecho de que el protocolo Modbus haya extendido su uso hasta convertirse en el protocolo más estandarizado en el sector industrial, se debe a varias razones diferenciales respecto a otros protocolos:
Es público. Su implementación es muy sencilla y requiere poco desarrollo. Maneja bloques de datos sin suponer restricciones.
Modbus diferencia cuatro tipos de datos y tiene funciones específicas para ellos con un direccionamiento independiente. Se diferencian entre sí, en cuanto a si son de lectura o de escritura, y si son de tipo Bit o tipo Word (16 bits)(Martínez 2011). Operaciones del protocolo La comunicación vía Modbus es usada para el intercambio de datos entre todos los dispositivos conectados al bus. El protocolo Modbus crea una estructura jerárquica amo/esclavo. El amo manipula exclusivamente toda la comunicación y esta es posible de dos formas de diálogo diferentes (Ramírez 2012).
Encuesta-Respuesta: El amo interroga a un esclavo con una única dirección en la red y espera por la respuesta de este último.
Modbus RTU
El módulo de comunicación Modbus en su versión RTU es el modo que se utiliza con más frecuencia y es más eficiente que el modo ASCII. Dentro de sus características principales se encuentran (Briceño 2005):
Control por Conteo de Caracteres. Operación en Modo de Respuesta Normal (NRM). Transmisión FDX/HDX asincrónica. Topología en Estrella. Interfaces de Capa Física: RS-232D, RS-422A, RS-485, o lazo de 4-20 mA. Medios de Transmisión: par trenzado, cable coaxial, radio.
Modbus TCP
Modbus TCP fue introducido por Schneider Automation como variante de la familia Modbus (Kren 2000). Es un protocolo de comunicación diseñado para comunicarse con equipos industriales tales como PLC, sensores, computadoras, motores y otros dispositivos de entrada/salida. TCP permite establecer un gran número de conexiones concurrentes, de este modo el cliente puede reutilizar una conexión previamente establecida o crear una nueva en el momento de realizar una transacción de datos (Andrés.F 2002). El marco típico de Modbus TCP consiste en:
Transaction Identifier (Identificador de Transacción): Utilizado para asociar las transacciones. El servidor de Modbus copia en la respuesta el identificador de la transacción (2 bytes). Protocol Identifier (protocolo de identificación): Utilizado para la intra-multiplexación del sistema (2 bytes). Length (Longitud): El campo de longitud es una cuenta de bytes de los campos siguientes (código función, datos), incluyendo al identificador de la unidad y los campos de datos (2 bytes). Identificador de la unidad: Es utilizado para el propósito de almacenamiento interno del sistema. Se utiliza típicamente para comunicarse a un esclavo de Modbus o a una línea serial Modbus. Este campo es configurado por el cliente de Modbus y debe volver con el mismo valor en la respuesta del servidor (2 bytes).
Conversores
El concepto de conversor de protocolo según (Dictionary 2007) es: “Convertidor de Protocolo" se refiere a un equipo de red que permite el intercambio entre varios formato de datos o protocolos. Actualmente existen diferentes fabricantes que desarrollan conversores de protocolos, ejemplo de estos Expsilon, Moxa, BrainBoxes además de otros fabricantes. A nivel mundial, el más reconocido es Moxa, debido a que presenta una amplia gama de este tipo de productos, dentro de los que se encuentran CN2610/2650, NPort_6450, MGate MB3000. Con el fin de integrar las redesModbus, el MGateMB3000 incluye un puerto Ethernet y un máximo de cuatro puertos serie que soportan las normas seriesRS-232, RS-422 y RS-485. Automáticamente y de forma inteligente traduce entre Modbus TCP (Ethernet) y los protocolos Modbus ASCII o RTU (serie). Con el protocolo Modbus, los dispositivos deben estar claramente definidos, ya sea como amos o esclavos. A diferencia de otros conversores de Modbus, los modos de funcionamiento del MGate MB3000permiten a los usuarios seleccionarel funcionamiento amo o esclavo para cada puerto serie. No sólo el MGate3000 permite amosEthernet para el control de los esclavos en serie, sino que también permite amos de serie para el control de los esclavos Ethernet.
Conclusiones
Los conversores no son más que sistemas embebidos que poseen un elemento inteligente capaz de ejecutar la tarea de conversión entre estas interfaces. Esta tarea debe ser ejecutada en tiempo real, lo que implica que se necesite utilizar sistemas operativos con este tipo de características además del uso de bibliotecas para el manejo de las conexiones.
Recomendaciones
Implementar la versión RTU amo con TCP esclavo.
Fuentes
Implementación de una Red Modbus TCP. Universidad del Valle.Facultad de Ingeniería, 2002 EXEMYS, 2012, Conversor de protocolos. Disponible en: www.exemys.com. Fecha de revisión. 12 de novimbre.del 2012.
