Modbus es un protocolo de comunicación mundialmente reconocido que se utiliza ampliamente en la tecnología de automatización, especialmente en el tratamiento industrial de aguas y aguas residuales. Fue desarrollado en 1979 por Modicon (ahora Schneider Electric) y permite la comunicación entre controladores, sensores, actuadores y otros dispositivos de un sistema de automatización. Gracias a su estructura sencilla y a su alta compatibilidad, Modbus se considera el protocolo estándar para la conexión en red de componentes de sistemas y desempeña un papel crucial en la supervisión y el control de los procesos de tratamiento de aguas.

Este artículo describe en detalle los fundamentos técnicos, la estructura del protocolo, las distintas variantes y las aplicaciones prácticas de Modbus en la tecnología del agua y las aguas residuales.

¿Qué es Modbus?

Definición:
Modbus es un protocolo de comunicación serie desarrollado específicamente para el control y la supervisión de procesos industriales. Sirve de interfaz para intercambiar datos entre dispositivos maestros y esclavos y se utiliza en diversas aplicaciones, como la supervisión de bombas, caudalímetros, válvulas y sistemas de dosificación de productos químicos.

Características especiales:

• Estándar abierto: Modbus no requiere licencia y es independiente del fabricante.
• Simplicidad: fácil de implantar y utilizar.
• Versatilidad: Admite varias interfaces de comunicación física, como RS-232, RS-485 y TCP/IP.

Variantes de Modbus

Modbus existe en diferentes variantes que se han desarrollado para diferentes requisitos de comunicación:

1. modbus RTU (unidad terminal remota)

• Transmisión: Comunicación serie mediante RS-485 o RS-232.
• Formato de datos: Transmisión binaria, muy eficaz con anchos de banda bajos.
• Ventajas:
  • Alta fiabilidad e integridad de los datos.
  • Ideal para sistemas descentralizados con varios dispositivos.
• Aplicación:
  • Conexiones entre sensores y sistemas de control en plantas de tratamiento de aguas residuales.
  • Control de las estaciones de dosificación de productos químicos.

2. modbus ASCII

• Transmisión: Comunicación serie con formato ASCII.
• Formato de datos: legible, pero menos eficaz que RTU.
• Ventajas:
  • Solución de problemas y depuración más sencillas gracias a la legibilidad de los datos.
• Aplicación:
  • Uso en sistemas antiguos o con volúmenes de datos más pequeños.

3. Modbus TCP (Protocolo de Control de Transmisión)

• Transmisión: Comunicación basada en Ethernet a través de redes IP.
• Formato de datos: transmisión basada en paquetes, permite alta velocidad y fácil integración en las redes existentes.
• Ventajas:
  • Integración perfecta en los sistemas de control modernos.
  • Permite el acceso remoto y el control centralizado.
• Aplicación:
  • Control en tiempo real de las plantas de tratamiento de aguas.
  • Integración en sistemas IoT y SCADA.

Fundamentos técnicos

1. topología de comunicación

Modbus se basa en un modelo maestro-esclavo en el que un dispositivo maestro (por ejemplo, un PLC o un sistema de control) se comunica con varios dispositivos esclavos (por ejemplo, sensores, actuadores). El maestro inicia todas las peticiones, mientras que los esclavos sólo responden cuando se les solicita.

• Bus simple: todos los dispositivos se conectan mediante un cable común.
• RS-485: admite hasta 32 dispositivos en una línea y permite mayores distancias.

2. estructura de datos

Modbus utiliza un protocolo normalizado para organizar y transferir datos:

• Tipos de registro:

  • Bobinas (estados de conmutación): Valores binarios (0 ó 1) para controlar y consultar dispositivos digitales.
  • Entradas discretas: Sólo estados binarios legibles.
  • Registros de retención: registros de 16 bits para parámetros o valores medidos.
  • Registros de entrada: Registros de sólo lectura de 16 bits.

• Estructura del mensaje:

  • Dirección: Identifica el dispositivo de destino.
  • Función: Especifica qué acción debe ejecutarse (lectura, escritura).
  • Datos: Valores o comandos transmitidos.
  • Comprobación de errores: garantizar la integridad de los datos, por ejemplo, mediante CRC (Cyclic Redundancy Check).

Aplicaciones de Modbus en la tecnología del agua y las aguas residuales

1. seguimiento y control

• Bombas: Modbus permite supervisar parámetros de funcionamiento como la presión, el caudal, la velocidad y la temperatura.
• Válvulas: supervisión y control del estado y la posición de válvulas de control y cierre.
• Sensores: Integración de sensores de pH, conductividad y turbidez en sistemas de control.