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Cómo solucionar problemas en PLCs con Modbus

La compañía Pico Technology dio a conocer los nuevos atributos adheridos a su gama de osciloscopios PicoScope, los primeros en aplicar el protocolo Modbus ASCII y RTU para tareas de decodificación y análisis de PLCs.

(ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas)

Los PLCs continúan siendo dispositivos hegemónicos en la industria gracias a la flexibilidad que poseen en materia de escalabilidad tecnológica en procesos de automatización.

En diversos estudios de mercado como el realizado por Research and Markets, este segmento comercial tiene expectativas de crecimiento prometedoras y se estima que para el año 2023 se convertirá en un mercado valorado en 4,250 millones de dólares.

Al ser componentes ubicuos, los Controladores Lógicos Programables toman un sitio predilecto en muchas de las topologías de los ingenieros diseñadores, y como es de esperarse, también se han vuelto un caldo de cultivo para diversos problemas de programación o inestabilidades de señal, para lo cual atenderemos una de las alternativas que tiene la comunidad de desarrolladores para tratar estos obstáculos haciendo uso del protocolo de comunicación Modbus.

El estándar Modbus fue desarrollado en 1979 con la finalidad de permitir la transferencia de datos entre controladores lógicos y equipos electrónicos con puerto serial de comunicación basado en TCP/IP. Desde entonces, este protocolo ha sido uno de los métodos más utilizados para crear equipos industriales y generar estructuras automatizadas de control remoto.

El osciloscopio PicoScope es el primero en implementar análisis de señal vía Modbus para controladores lógicos programables.
   

No obstante, la implementación de Modbus conlleva a enfrentarse a diversos problemas de carácter técnico, ya que requiere de un conocimiento adecuado para aplicarlo, y de no hacerlo bien puede crear huecos de vulnerabilidad para que el sistema sea atacado cibernéticamente, o bien que trabaje erráticamente.

Las pruebas son un elemento fundamental en el ciclo de desarrollo de sistemas basados en PLCs, y entre la semántica de herramientas para validación están los osciloscopios que ofrecen caracterizaciones de señales dentro de los puertos de comunicación entre controladores y sistemas principales. Desafortunadamente, no todos los osciloscopios cuentan con elementos para caracterizar el comportamiento de los sistemas mediante Modbus.

Una de las compañías que ha presentado recientemente una plataforma de pruebas que trabaja con Modbus, es Pico Technology, que ha dado a conocer su nuevo osciloscopio PicoScope descrito por el propio fabricante como el primer aparato capaz de analizar señales Modbus mediante puertos RS-232/RS-485 gracias a la adición de módulos de decodificación Modbus ASCII y RTU.

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“PicoScope es el osciloscopio PC-USB más versátil al ofrecer seis pruebas e instrumentos de medición en uno solo, incluyendo análisis de protocolo, de lógica, de espectro, y posee también un generador de ondas de forma señal/arbitraria”, menciona el portal de Pico Tech. “Esta capacidad hace al PicoScope excepcional para mediciones de integridad de señal sobre buses seriales. El decodificador Modbus está disponible para todos los modelos PicoScope, desde el 2000 Series de bajo costo hasta el 6000 Series de gama alta”.

Es importante subrayar que para las fuentes no referenciadas a tierra, tales como el RS-485, el modelo reciente PicoScope 4444 Series permite realizar mediciones diferenciales rápidas y sencillas en más de cuatro canales al mismo tiempo, sin la necesidad de pruebas activas externas y costosas que regularmente son requeridas en aplicaciones industriales, según informó la compañía.

En cuanto a los mensajes generados por el PicoScope en cada una de las pruebas, estos almacenan datos como el inicio y el final de la actividad, los identificadores de cada uno de los módulos, códigos de función, datos de transmisión y registros de validación, por mencionar algunos.

La interface del osciloscopio trabaja una comunicación maestro-esclavo para realizar el análisis de los puertos entre los PLCs y los equipos industriales.
   

La anterior información puede ser analizada directamente en el osciloscopio o bien exportada en un archivo con formato CSV para su revisión externa, en donde el sistema también genera un reporte con valores hexadecimales como un ID esclavo o texto plano para que cada vez que el usuario realice un clic sobre cierto punto del paquete decodificado, arroje información con respecto a la onda de forma análoga seleccionada.

De forma general, el Modbus es un protocolo de solicitud-respuesta implementado una relación maestro-esclavo. En este tipo de relación, la comunicación siempre se produce en pares, cuando un dispositivo debe iniciar una solicitud y luego esperar una respuesta, y el dispositivo de inicio (el maestro) es responsable de comenzar cada interacción.

Por lo general, el maestro es una interface humano-máquina (HMI) o sistema SCADA y el esclavo es un sensor, controlador lógico programable (PLC) o controlador de automatización programable (PAC). El contenido de estas solicitudes y respuestas, y las capas de la red a través de las cuales se envían estos mensajes, son definidos por las diferentes capas del mismo protocolo.

Finalmente, el reporte de Research and Markets menciona que las versiones de PLCs en dimensiones ultra reducidas, comúnmente denominados “nano PLCs”, son dispositivos que van rápidamente a la alza en la demanda comercial, ya que resultan idóneos para desarrollar sistemas de monitoreo de edificios, control y administración de sistemas domóticos, procesos industriales y plataformas de potencia.

Estos nano PLCs están diseñados para trabajar incluso en entornos más extremos de humedad, temperatura, vibraciones y ruido eléctrico, donde se requiere de recuperación y lectura de datos en tiempo real, por lo que el análisis de los sistemas basados en controladores lógicos programables es de capital importancia para asegurar un rendimiento óptimo del sistema general, y en este sentido, Modbus es la ruta más crítica para conseguir los resultados esperados.

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