Modbus es un protocolo de comunicación crucial en la automatización industrial, y su importancia se ha extendido a diversas aplicaciones, incluyendo la carga de vehículos eléctricos. Imagina que tienes varios dispositivos en una fábrica, como sensores, motores y otros equipos, y necesitas que se comuniquen entre sí para coordinar sus acciones. Para lograr esto, necesitas un lenguaje común que todos ellos entiendan, y aquí es donde entra Modbus.

Modbus: Qué es y cómo funciona

La capacidad de Modbus para facilitar la comunicación entre dispositivos electrónicos de manera eficiente y fiable lo convierte en una herramienta esencial para optimizar la funcionalidad de nuestros cargadores de coche eléctrico. Su uso asegura que los dispositivos puedan comunicarse y operar en armonía, mejorando tanto la eficiencia como la seguridad de los sistemas de carga.

Modbus es un protocolo de comunicación, que es básicamente un conjunto de reglas que permite que los dispositivos intercambien información. Es como un idioma común que permite que diferentes tipos de equipos electrónicos se entiendan entre sí.

La historia de Modbus

Modbus fue creado por Modicon (ahora parte de Schneider Electric) a finales de los años 70, es un protocolo de comunicación abierto utilizado para la transmisión de información a través de redes en serie entre dispositivos electrónicos.

En una red Modbus, el dispositivo que solicita información se denomina maestro, mientras que los dispositivos que responden a estas solicitudes se conocen como esclavos. Este sistema maestro-esclavo permite una comunicación eficiente y estructurada, donde el maestro controla la red y los esclavos responden a sus comandos.

Tipos de Modbus y cómo funcionan

Dependiendo de las necesidades del proyecto y de los dispositivos entre los que se desea hacer la interconexión, se utilizan uno u otros tipos de protocolos Modbus. A continuación te explicamos los tipos de Modbus más utilizados.

Conexión en la placa de Trydan para Modbus

¿Qué es Modbus RTU (Remote Terminal Unit) y cómo funciona?

El Modbus RTU es una versión del protocolo Modbus que utiliza codificación binaria y una verificación de errores robusta mediante CRC (Cyclic Redundancy Check). Este protocolo es ampliamente utilizado en aplicaciones industriales debido a su simplicidad y fiabilidad. Los datos se transmiten en bytes de 8 bits a través de conexiones serie, con velocidades que van desde 1.200 hasta 11.5200 bits por segundo, aunque la mayoría de los dispositivos operan a velocidades de hasta 38.400 bits por segundo.

En una red Modbus RTU, un maestro controla la comunicación con uno o más esclavos, cada uno identificado por una dirección única. El maestro envía mensajes que incluyen la dirección del esclavo destinatario, y los esclavos responden solo si reconocen su dirección. Esta estructura permite una comunicación organizada y eficiente, reduciendo los errores y mejorando la fiabilidad de los sistemas de automatización. Por ejemplo en V2C realizamos la conexión Modbus RTU con Trydan.

Aquí están sus características:

• Transmisión serie: Utiliza líneas de comunicación serie, como RS-232, RS-485, etc.
• Formato de mensaje compacto: Los mensajes son compactos, lo que permite una transmisión más rápida y eficiente.
• Modo binario: Los datos se transmiten en un formato binario, lo que significa que se usan bits (0s y 1s).

Ventajas del Modbus RTU:

• Ideal para distancias cortas a medianas.
• Sencillo y económico para instalaciones pequeñas o medianas.

Limitaciones del Modbus RTU:

• Limitaciones de distancia y velocidad.
• Número limitado de dispositivos que pueden conectarse en una misma línea de comunicación.

¿Qué es Modbus RS-485 (Recommended Standard 485) y cómo funciona?

Modbus RS-485 es una implementación del protocolo Modbus que utiliza el estándar de comunicación RS-485 para la transmisión de datos. RS-485 es un estándar de comunicación serie que se destaca por su capacidad para permitir largas distancias y múltiples dispositivos en una sola línea de comunicación.

En comparación con otros estándares, RS-485 ofrece ventajas significativas en términos de robustez y flexibilidad. Permite que la comunicación se realice en distancias de hasta 1.200 metros y soporta velocidades de transmisión que varían desde 300 hasta 10.000 bits por segundo, adaptándose a diferentes necesidades de las aplicaciones industriales.

En una red Modbus RS-485, la estructura de comunicación suele ser maestro-esclavo, similar a la del Modbus RTU. El dispositivo maestro controla la red y envía mensajes a uno o varios dispositivos esclavos, cada uno con una dirección única. Los dispositivos esclavos responden únicamente a las solicitudes dirigidas a su dirección específica, lo que permite una comunicación ordenada y eficiente.

Aquí están sus características principales:

• Transmisión diferencial: RS-485 utiliza líneas de transmisión diferencial, lo que aumenta la resistencia a interferencias y mejora la calidad de la señal en distancias largas.
• Multipunto: Soporta la conexión de múltiples dispositivos (hasta 32 en la mayoría de las configuraciones) en una sola línea de comunicación, facilitando la expansión de la red.
• Velocidades ajustables: Las velocidades de transmisión pueden ajustarse según las necesidades del sistema, lo que proporciona flexibilidad en la configuración de la red.

Ejemplo de cómo se comunica Trydan con este tipo de Modbus

Ventajas del Modbus RS-485:

• Comunicación a larga distancia: Ideal para aplicaciones que requieren la transmisión de datos a largas distancias sin pérdida significativa de calidad.
• Capacidad de conectar múltiples dispositivos: Permite la conexión de numerosos dispositivos en una sola línea de comunicación, simplificando la infraestructura de red.
• Resistencia a interferencias: La transmisión diferencial reduce el impacto de las interferencias electromagnéticas, mejorando la fiabilidad en entornos industriales

Limitaciones del Modbus RS-485:

• Complejidad en la configuración: La implementación de redes RS-485 puede ser más compleja en comparación con otros estándares debido a la necesidad de terminación y polarización adecuada de las líneas.
• Velocidades máximas variables: Aunque ofrece flexibilidad en la velocidad, las distancias largas pueden limitar la velocidad máxima alcanzable.

¿Qué es Modbus TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) y cómo funciona?

El Modbus TCP fue desarrollado para aprovechar las infraestructuras de red LAN existentes, permitiendo la comunicación a través de redes Ethernet. Actualmente se utiliza para cualquier conexión entre dispositivos que están conectados a internet.

Este protocolo encapsula los mensajes Modbus RTU en paquetes TCP, lo que facilita su transmisión en redes Ethernet estándar. Una de las principales ventajas del Modbus TCP es su capacidad para conectar un número ilimitado de dispositivos, gracias al uso de direcciones IP en lugar de las limitaciones de direccionamiento de los protocolos serie.

En este contexto, el Modbus TCP redefine la relación maestro-esclavo en términos de cliente-servidor, permitiendo una comunicación más flexible y escalable. Los dispositivos pueden actuar como clientes o servidores, facilitando la integración de múltiples sistemas y mejorando la eficiencia de las comunicaciones en redes industriales.

Aquí están sus características:

• Transmisión por Red: Los datos se envían a través de redes Ethernet, como las que usas para conectarte a Internet.
• Formato de Mensaje: Los mensajes se encapsulan en paquetes TCP/IP, que es un estándar de comunicación en redes.
• Conexiones IP: Cada dispositivo tiene una dirección IP única, como una dirección en una ciudad.

Ventajas:

• Ideal para largas distancias y redes grandes.
• Mayor velocidad de comunicación.
• Fácil integración con otras redes y sistemas.

Desventajas:

• Puede ser más costoso debido a la infraestructura de red.
• Requiere conocimientos más avanzados para configurar y mantener.

¿Qué es Modbus ASCII y cómo funciona?

El Modbus ASCII es una versión más antigua del protocolo que utiliza caracteres ASCII imprimibles para representar los datos. Aunque este protocolo ha sido en gran medida reemplazado por el Modbus RTU y TCP, todavía se utiliza en algunas aplicaciones específicas donde la legibilidad de los datos es una prioridad. La estructura del mensaje en Modbus ASCII es similar a la del RTU, pero todos los datos se expresan en formato hexadecimal, lo que facilita el análisis manual de las comunicaciones.

¿Qué es Modbus Plus y cómo funciona?

Modbus Plus es un protocolo de red de alta velocidad basado en la comunicación a través de un bus de tokens. Este protocolo es un sistema completo que incluye tanto la capa física como la de enlace de datos, permitiendo una comunicación determinista y de alta fiabilidad en aplicaciones industriales. Modbus Plus utiliza el estándar RS485 para la capa física y el protocolo HDLC para la capa de enlace de datos, transmitiendo datos a velocidades de hasta 1 Mbps.

Componentes básicos del protocolo Modbus

Maestro y esclavos

• Maestro: Es el dispositivo que inicia las solicitudes y controla la comunicación. Por ejemplo, un ordenador que supervisa los datos.
• Esclavos: Son los dispositivos que responden a las solicitudes del maestro. Pueden ser sensores, actuadores, etc.

Mensajes Modbus

Los datos se envían en paquetes llamados mensajes Modbus. Estos mensajes contienen información sobre qué acción realizar y los datos necesarios para esa acción.

Arquitectura básica del protocolo Modbus: Mensajes y funcionamiento

La arquitectura del protocolo Modbus se basa en una estructura de mensajes simple y coherente, independientemente del tipo de interfaz física utilizada. Esta flexibilidad permite que el mismo protocolo se utilice en diferentes tipos de conexiones, como RS232, RS485 o Ethernet. Cada mensaje Modbus incluye cuatro elementos básicos: dirección del dispositivo, función, datos y código de verificación de errores. Esta consistencia facilita el análisis y la depuración de las comunicaciones, mejorando la interoperabilidad entre dispositivos de distintos fabricantes.

Cómo conectar una red Modbus: pasos y consideraciones

Para conectar una red Modbus, es esencial considerar varios factores, incluyendo la conexión física, el mapeo de registros y los parámetros de comunicación. Modbus RTU utiliza conexiones serie RS485 o RS232, mientras que Modbus TCP emplea redes Ethernet. Es crucial obtener la documentación del fabricante para comprender cómo se deben direccionar los registros y definir los parámetros de comunicación adecuados, como la velocidad en baudios y la identificación del esclavo.

Ventajas de utilizar Modbus en la automatización industrial

El protocolo Modbus ofrece numerosas ventajas en aplicaciones de automatización industrial, incluyendo su arquitectura simple pero efectiva, su facilidad de integración y su alta fiabilidad. La estructura maestro-esclavo del Modbus RTU permite una comunicación eficiente, mientras que el Modbus TCP ofrece una velocidad de datos elevada y una conectividad casi ilimitada en redes Ethernet. La simplicidad de su implementación y la ausencia de costes de licencia han contribuido a su adopción generalizada en la industria.

Limitaciones y desafíos del protocolo Modbus

A pesar de sus numerosas ventajas, el protocolo Modbus también presenta algunas limitaciones. Por ejemplo, el Modbus RTU tiene capacidades de diagnóstico limitadas y requiere una fuente de alimentación independiente para los dispositivos. El Modbus TCP, aunque más avanzado, fue diseñado en una época en que los tipos de datos eran menos complejos, lo que limita su capacidad para manejar objetos binarios grandes y otros tipos de datos modernos. Además, la estructura maestro-esclavo de Modbus puede ser menos eficiente en aplicaciones que requieren comunicación bidireccional simultánea.

Integración de Modbus con los cargadores de coche eléctrico V2C

La integración del protocolo Modbus en nuestros cargadores de coche eléctrico V2C, permite una comunicación eficiente y fiable con otros dispositivos del sistema de carga, como inversores y medidores inteligentes.

Por ejemplo, el punto de recarga Trydan utiliza Modbus RTU para operar de forma remota y obtener datos de medidores inteligentes, facilitando la gestión de la carga y la integración con sistemas fotovoltaicos. Esta capacidad de comunicación avanzada mejora la eficiencia y la seguridad de los sistemas de carga de vehículos eléctricos, asegurando un rendimiento óptimo y una mejor experiencia para los usuarios.

Te recomendamos que revises nuestra área de Integración fotovoltaica para Trydan, aquí podrás encontrar todos los dispositivos con los que puedes hacer una integración con Trydan.

Ahora también puedes conectar nuestros cargadores Pole Pro con Modbus TCP, una solución diseñada para ofrecer el máximo control y eficiencia en la gestión de la carga eléctrica.

Modbus una herramienta esencial en la industria del futuro

El protocolo Modbus es una herramienta esencial en la automatización industrial, ofreciendo una comunicación eficiente y fiable entre dispositivos electrónicos. Su adopción en aplicaciones de carga de vehículos eléctricos demuestra su versatilidad y capacidad para mejorar la eficiencia y seguridad de los sistemas de carga. En resumen, Modbus es una opción popular y efectiva para la comunicación en redes industriales, gracias a su simplicidad, flexibilidad y alto grado de interoperabilidad.