O Modbus é um protocolo de comunicação reconhecido mundialmente e amplamente utilizado na tecnologia de automação, particularmente no tratamento industrial de água e águas residuais. Foi desenvolvido em 1979 pela Modicon (agora Schneider Electric) e permite a comunicação entre controladores, sensores, actuadores e outros dispositivos num sistema de automação. Graças à sua estrutura simples e elevada compatibilidade, o Modbus é considerado o protocolo padrão para a ligação em rede dos componentes do sistema e desempenha um papel crucial na monitorização e controlo dos processos de tratamento de água.

Este artigo descreve em pormenor as bases técnicas, a estrutura do protocolo, as diferentes variantes e as aplicações práticas do Modbus na tecnologia da água e das águas residuais.

O que é o Modbus?

Definição:
O Modbus é um protocolo de comunicação em série desenvolvido especificamente para o controlo e a monitorização de processos industriais. Serve de interface para a troca de dados entre dispositivos mestre e escravos e é utilizado numa variedade de aplicações, incluindo a monitorização de bombas, medidores de caudal, válvulas e sistemas de dosagem de produtos químicos.

Caraterísticas especiais:

• Norma aberta: o Modbus é isento de licenças e independente do fabricante.
• Simplicidade: Fácil de implementar e utilizar.
• Versatilidade: Suporta várias interfaces de comunicação física, como RS-232, RS-485 e TCP/IP.

Variantes Modbus

O Modbus existe em diferentes variantes que foram desenvolvidas para diferentes requisitos de comunicação:

1. modbus RTU (unidade terminal remota)

• Transmissão: Comunicação em série via RS-485 ou RS-232.
• Formato dos dados: transmissão binária, muito eficiente em larguras de banda baixas.
• Vantagens:
  • Elevada fiabilidade e integridade dos dados.
  • Ideal para sistemas descentralizados com vários dispositivos.
• Aplicação:
  • Ligações entre sensores e sistemas de controlo em estações de tratamento de águas residuais.
  • Monitorização das estações de dosagem de produtos químicos.

2. modbus ASCII

• Transmissão: Comunicação em série com formatação ASCII.
• Formato dos dados: legível por humanos, mas menos eficiente do que a UTR.
• Vantagens:
  • Resolução de problemas e depuração mais fáceis graças a dados legíveis.
• Aplicação:
  • Utilizar em sistemas mais antigos ou com volumes de dados mais pequenos.

3. Modbus TCP (Protocolo de Controlo de Transmissão)

• Transmissão: Comunicação baseada em Ethernet através de redes IP.
• Formato de dados: transmissão baseada em pacotes, permite alta velocidade e fácil integração em redes existentes.
• Vantagens:
  • Integração perfeita em sistemas de controlo modernos.
  • Permite o acesso remoto e o controlo centralizado.
• Aplicação:
  • Monitorização em tempo real de estações de tratamento de água.
  • Integração em sistemas IoT e SCADA.

Fundamentos técnicos

1. topologia de comunicação

O Modbus baseia-se num modelo mestre-escravo em que um dispositivo mestre (por exemplo, um PLC ou um sistema de controlo) comunica com vários dispositivos escravos (por exemplo, sensores, actuadores). O mestre inicia todos os pedidos, enquanto os escravos só respondem quando solicitados.

• Barramento simples: todos os dispositivos estão ligados através de um cabo comum.
• RS-485: Suporta até 32 dispositivos numa linha e permite distâncias maiores.

2. estrutura de dados

O Modbus utiliza um protocolo normalizado para organizar e transferir dados:

• Tipos de registo:

  • Bobinas (estados de comutação): Valores binários (0 ou 1) para controlo e consulta de dispositivos digitais.
  • Entradas discretas: Apenas estados binários legíveis.
  • Registos de retenção: registos de 16 bits para parâmetros ou valores medidos.
  • Registos de entrada: Registos de 16 bits só de leitura.

• Estrutura da mensagem:

  • Endereço: Identifica o dispositivo de destino.
  • Função: Especifica a ação a executar (leitura, escrita).
  • Dados: Valores ou comandos transmitidos.
  • Verificação de erros: garantir a integridade dos dados, por exemplo, através de CRC (Cyclic Redundancy Check).

Aplicações Modbus na tecnologia da água e das águas residuais

1. acompanhamento e controlo

• Bombas: O Modbus permite a monitorização de parâmetros de funcionamento como a pressão, o caudal, a velocidade e a temperatura.
• Válvulas: Monitorização do estado e da posição e controlo das válvulas de controlo e de fecho.
• Sensores: Integração de sensores de pH, condutividade e turbidez em sistemas de controlo.