Modbus is a serial communication protocol used in industrial applications for controlling devices such as PLCs (Programmable Logic Controllers). Modbus هو بروتوكول اتصال تسلسلي يستخدم في التطبيقات الصناعية للتحكم في الأجهزة مثل PLCs (وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة).
It is based on a Master-Slave architecture, where there is one Master device (e.g., a computer or control unit) and multiple Slave devices (e.g., motors, sensors). يعتمد على بنية Master-Slave ، حيث يوجد جهاز رئيسي واحد (على سبيل المثال ، جهاز كمبيوتر أو وحدة تحكم) وأجهزة Slave متعددة (مثل المحركات وأجهزة الاستشعار).
A Modbus network can support up to 247 Slave devices, each with a unique address ranging from 1 to 247 . يمكن لشبكة Modbus دعم ما يصل إلى 247 جهازا تابعا ، لكل منها عنوان فريد يتراوح من 1 إلى 247.
Communication Media: وسائل الاتصال:
Modbus can be used over various communication media, with RS485 being the most common in industrial applications. Other media include RS-232 and Ethernet (Modbus TCP). يمكن استخدام Modbus عبر وسائط الاتصال المختلفة ، مع كون RS485 هو الأكثر شيوعا في التطبيقات الصناعية. تشمل الوسائط الأخرى RS-232 و Ethernet (Modbus TCP).
RS-485 is preferred for its ability to support long-distance communication (up to 1200 meters) and multiple devices on the same bus. يفضل RS-485 لقدرته على دعم الاتصال لمسافات طويلة (حتى 1200 متر) وأجهزة متعددة في نفس الحافلة.
Modbus Packet Structure: هيكل حزمة Modbus:
A Modbus packet consists of: تتكون حزمة Modbus من:
Slave Address: Identifies the target device. عنوان التابع: يحدد الجهاز المستهدف.
Function Code: Specifies the action to be performed (e.g., read or write data). رمز الوظيفة: يحدد الإجراء الذي يجب تنفيذه (على سبيل المثال، قراءة البيانات أو كتابتها).
Data: Contains the actual information being transmitted. البيانات: تحتوي على المعلومات الفعلية التي يتم إرسالها.
Error Check: Ensures data integrity, typically using CRC (Cyclic Redundancy Check). التحقق من الأخطاء: يضمن تكامل البيانات، عادة باستخدام CRC (التحقق من التكرار الدوري).
The entire packet is called an Application Data Unit (ADU), while the function code and data part are called the Protocol Data Unit (PDU). تسمى الحزمة بأكملها وحدة بيانات التطبيق (ADU)، بينما تسمى التعليمات البرمجية للوظيفة وجزء البيانات وحدة بيانات البروتوكول (PDU).
Memory Types in Slave Devices: أنواع الذاكرة في الأجهزة التابعة:
Discrete Inputs: 1-bit read-only memory (e.g., status of a sensor). المدخلات المنفصلة: ذاكرة للقراءة فقط 1 بت (على سبيل المثال ، حالة المستشعر).
Coils: 1-bit read/write memory (e.g., controlling a relay). الملفات: ذاكرة قراءة / كتابة 1 بت (على سبيل المثال ، التحكم في مرحل).
Input Registers: 16-bit read-only memory (e.g., sensor readings). سجلات الإدخال: ذاكرة للقراءة فقط 16 بت (على سبيل المثال ، قراءات المستشعر).
Holding Registers: 16-bit read/write memory (e.g., configuration settings). الاحتفاظ بالسجلات: ذاكرة قراءة / كتابة 16 بت (على سبيل المثال ، إعدادات التكوين).
Modbus Message Modes: أوضاع رسالة Modbus:
RTU (Remote Terminal Unit): The default mode, uses binary encoding for efficient data transmission. RTU (الوحدة الطرفية البعيدة): يستخدم الوضع الافتراضي الترميز الثنائي لنقل البيانات بكفاءة.
ASCII: Uses text encoding, which is less efficient but easier to debug. ASCII: يستخدم ترميز النص ، وهو أقل كفاءة ولكن أسهل في التصحيح.
2. Ethernet: 2. إيثرنت:
What is Ethernet? ما هو إيثرنت؟
Ethernet is often used for high-speed communication between devices. غالبا ما يستخدم Ethernet للاتصال عالي السرعة بين الأجهزة.
Ethernet Characteristics: خصائص إيثرنت:
1500-byte frames إطارات 1500 بايت
Usually full-duplex عادة ما يكون مزدوجا بالكامل
48-bit addresses عناوين 48 بت
Much more complicated than SPI, I2C أكثر تعقيدا بكثير من SPI ، I2C
Often requires an off-chip Ethernet controller غالبا ما يتطلب وحدة تحكم Ethernet خارج الرقاقة
Embedded TCP/IP: TCP / IP المضمن:
TCP/IP can run over Ethernet or other low-level transports like I2C or CAN. يمكن تشغيل TCP / IP عبر Ethernet أو غيرها من وسائل النقل منخفضة المستوى مثل I2C أو CAN.
Drawbacks: TCP/IP is generic and designed for wide-area networks (WANs), which can introduce latency and overhead that may not be suitable for real-time embedded applications. العيوب: TCP / IP عام ومصمم لشبكات المنطقة الواسعة (WANs) ، والتي يمكن أن تقدم زمن انتقال ونفقات عامة قد لا تكون مناسبة للتطبيقات المضمنة في الوقت الفعلي.
Bus Arbitration: تحكيم الحافلات:
Ethernet uses CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) to manage access to the network. يستخدم Ethernet CSMA/CD (الوصول المتعدد لاستشعار الناقل مع اكتشاف الاصطدام) لإدارة الوصول إلى الشبكة.
CSMA/CD Process: عملية CSMA / CD:
Devices listen for an opening on the network before transmitting. تستمع الأجهزة إلى فتحة على الشبكة قبل الإرسال.
If two devices transmit simultaneously, a collision occurs. إذا كان جهازان يرسلان في وقت واحد ، يحدث تصادم.
Both devices detect the collision and wait a random amount of time before retransmitting. يكتشف كلا الجهازين الاصطدام وينتظر وقتا عشوائيا قبل إعادة الإرسال.
3. Profibus: 3. بروفيبوس:
What is Profibus? ما هو Profibus؟
Profibus (Process Field Bus) is a widely used industrial communication protocol for connecting field devices like sensors, actuators, and controllers. Profibus (ناقل مجال المعالجة) هو بروتوكول اتصالات صناعي مستخدم على نطاق واسع لتوصيل الأجهزة الميدانية مثل أجهزة الاستشعار والمشغلات ووحدات التحكم.
It supports both process automation (Profibus PA) and factory automation (Profibus DP). وهو يدعم كلا من أتمتة العمليات (Profibus PA) وأتمتة المصنع (Profibus DP).
Profibus Characteristics: خصائص Profibus:
Multi-Drop Network: Many devices can be connected on a single cable. شبكة الإسقاط المتعدد: يمكن توصيل العديد من الأجهزة على كابل واحد.
Data Types: Supports both analog and digital data. أنواع البيانات: يدعم كل من البيانات التناظرية والرقمية.
Diagnostics: Provides detailed diagnostic information, making it easier to troubleshoot issues. التشخيصات: يوفر معلومات تشخيصية مفصلة، مما يسهل استكشاف المشكلات وإصلاحها.
Speed: Profibus DP operates at speeds up to 12 Mbps , while Profibus PA operates at 31.25 Kbps . السرعة: يعمل Profibus DP بسرعات تصل إلى 12 ميجابت في الثانية ، بينما يعمل Profibus PA بسرعة 31.25 كيلوبت في الثانية.
Profibus Family: عائلة بروفيبوس:
Profibus DP (Decentralized Periphery): Used for high-speed communication for internal use. Profibus DP (المحيط اللامركزي): يستخدم للاتصال عالي السرعة للاستخدام الداخلي.
Profibus PA (Process Automation): Designed for process industries, supports power and data over a single cable for external use. Profibus PA (أتمتة العمليات): مصمم للصناعات العملية ، ويدعم الطاقة والبيانات عبر كابل واحد للاستخدام الخارجي.
Profinet: An Ethernet-based version of Profibus for high-speed, for internal use. Profinet: إصدار قائم على Ethernet من Profibus للسرعة العالية للاستخدام الداخلي.
Physical Layer: الطبقة المادية:
Profibus DP: Uses RS-485 cabling. Profibus DP: يستخدم كابلات RS-485.
Profibus PA: Uses MBP (Manchester Coded, Bus Powered) technology for simultaneous power and data transmission. Profibus PA: يستخدم تقنية MBP (Manchester Coded ، Bus Powered) للطاقة ونقل البيانات في وقت واحد.