PROTOCOLO MODBUS

Modbus es un protocolo de comunicación situado en los niveles 1, 2 y 7 del Modelo OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo (o cliente/servidor si hablamos de su versión Ethernet) es uno de los protocolos más utilizados en automatización industrial, gracias a que es un protocolo abierto, a su simplicidad y facilidad de implementación.

¿Cómo funciona?

En la figura de abajo vemos un ejemplo de red con el protocolo Modbus, con una gateway haciendo la conexión entre los dos tipos de Modbus, el serial sobre RS-485 y el TCP/IP en ethernet. En el mercado existe la opción de gateway Modbus Wireless. El maestro de la red, que en este caso es un PLC envía y recibe datos de los esclavos, que son un inversor de frecuencia, una HMI, un controlador de temperatura y una interface de I/O.

La estación maestra inicia la comunicación solicitando que los esclavos envíen sus datos. Los esclavos, por su parte, reciben el pedido del maestro y devuelven los datos solicitados. Los datos transmitidos pueden ser discretos o números, es decir, es posible enviar un bit para encender o apagar un motor o enviar valores numéricos como temperatura y presión.

Capa física

Es importante no confundir protocolo de comunicación con estándares físicos. Algunos protocolos posen un estándar físico definido como el caso de la red ASI y de la red CAN, siendo que en esos casos el estándar físico está definido junto al protocolo y no es posible alterarlo.

MODBUS no especifica cuál es la capa física, pudiendo ser utilizado en diversos estándares de capa física como:

  • RS-232
  • RS-485
  • Ethernet TCP/IP (MODBUS TCP)

La velocidad de comunicación varía en cada uno de estos estándares, así como la longitud máxima de la red y el número de dispositivos máximos conectados.

RS-232

El estándar RS-232 (Recommendad Standart-232) o EIA-232(Electronic Industries Alliance-232) es utilizado solamente en comunicaciones del tipo punto a punto, es decir, solo admite dos dispositivos en la red, que en el caso del protocolo Modbus representan un maestro y un esclavo. La velocidad máxima de este estándar está en torno a los 115Kbps, pero en algunos casos pueden ser encontradas tasas un poco mayores, la distancia máxima entre los dispositivos de la red es de unos 30m.

RS-485

El estándar RS-485 (Recommendad Standart-485) o EIA-485(Electronic Industries Alliance-485) es muy utilizado en la industria y sin dudas es uno de los estándares más utilizados por el protocolo Modbus. La gran diferencia con RS-232, es que permite más de dos dispositivos por lo que se pueden tener varios esclavos en la red. Además, este estándar permite trabajar con tasas de comunicación que pueden llegar hasta 12Mbps y en algunos casos hasta 50Mbps, vale la pena recordar que cuando mayor es la longitud de la red menor será la velocidad de comunicación, la distancia máxima de la red es de 1200m, y el número máximo de dispositivos en la red es de 32.

Ethernet

El estándar Ethernet en el protocolo Modbus posee algunas variaciones, pudiendo llegar a 100Mbps y hasta 10Gbps. La distancia máxima puede varias de 100m hasta los 200m dependiendo del tipo de cable utilizado y de las condiciones de instalación del mismo. En algunos casos es posible utilizar redes de fibra óptica, lo que permite alcanzar mayores distancias y mejores tasas de comunicación, así como utilizar comunicación Wireless.

Al utilizar el medio físico Ethernet el protocolo MODBUS opera con el mecanismo de control de acceso CSMA-CD, que es propio de la red Ethernet, con mensajes en el modelo cliente-servidor.

Direccionamiento

El protocolo Modbus tiene 256 direcciones donde:

  • 0 (cero) es la dirección de Broadcast, cuando el maestro envía un mensaje a la dirección 0, todos los esclavos reciben el mensaje.
  • 1 a 247 son direcciones de dispositivos para los esclavos.
  • 248 hasta 255 son direcciones reservadas.

El maestro no posee dirección, solamente los esclavos deben poseer una dirección definida.

Modos de transmisión

En las especificaciones del protocolo están definidos dos modos de transmisión:

  • ASCII
  • RTU

Sin embargo, existen numerosas variantes del protocolo MODBUS, por nombrar las más utilizadas tenemos:

  • MODBUS ASCII
  • MOBBUS RTU
  • MODBUS TCP/IP

Los modos definen la forma en como son transmitidos los bytes del mensaje, y como la información del mensaje será empaquetada en el mensaje y desempaquetada. No es posible utilizar los dos modos de transmisión en la misma red. El modo de transmisión puede ser seleccionado junto con otros parámetros del puerto de comunicación serial, aunque existen equipamientos que no permiten esa selección, pues poseen modo de transmisión fijo, como por ejemplo algunos PLC e inversores de frecuencia que utilizan el modo RTU por defecto.

Suiler Altamirano

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¿Qué es el arranque Estrella-Triángulo? 

Es de conocimiento general que los motores trifásicos tienen una intensidad de arranque muy alta, la cual puede llegar a ser hasta 7 veces mayor que la nominal. El panorama cambia cuando ya está en movimiento el motor, ya que necesita menos consumo porque el rotor está girando y lleva su propia inercia.

Pero, ¿cómo podemos lidiar con esto?

Para eso está el arranque estrella-triángulo. Esta forma de conexión ayuda a «vencer» el par de arranque y reducir la intensidad consumida durante este.
En una conexión en estrella, las bobinas del motor se conectan a menos tensión de su tensión nominal o de la red y consume menos intensidad, así el par de arranque y la corriente de entrada se reduce a un tercio de los valores de una conexión habitual (triángulo). Después de un tiempo, los devanados se acoplan en triángulo y el motor rinde según sus características naturales. 

Conexionado

Con un arranque de motor estrella-triángulo, la puesta en marcha del motor trifásico se realiza mediante una transición entre los devanados. 

Cuando arrancamos con la conexión en estrella, en primer lugar el contactor de estrella puentea los terminales U2, V2, W2. A continuación, el contactor principal aplica la tensión de red en los terminales U1, V1, W1. Después de transcurrir el tiempo programado, se desconecta el contactor de estrella y conecta el contactor de triangulo aplicando la tensión de red a los terminales U2, V2 y W2.

Aquí te comparto el diagrama de conexión 😎. Para este arranque necesitamos, además de la protección al motor (en este caso, yo uso un guardamotor), tres contactores como mínimo: el principal, uno para la conexión en estrella y otro para la conexión en triángulo.

Para darte mayor detalle, he preparado un video para ti, en donde te explico detalladamente las conexiones de un arranque estrella-triángulo en el software CADe SIMU.

Ventajas y desventajas

Como todo en la vida, tiene sus pros y contras.

Ventajas:

  • Arranque económico y sencillo.
  • Buena relación par/corriente.

Desventajas:

  • Par de arranque débil.
  • Sin posibilidad de ajuste.
  • Limitado a motor de 6 bornas.

Aplicaciones habituales:

  • Máquinas que arrancan en vacío.
  • Ventiladores y bombas centrífugas de poca potencia.

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