Protocolo Modbus: qué es, tipos y cómo funciona

En la actualidad, la importancia de la comunicación va más allá de la interacción entre personas. Y es que la interconexión entre maquinaria y dispositivos también ha transformado nuestra experiencia del mundo. En este contexto, el protocolo Modbus ha revolucionado la operatividad de fábricas, plantas de energía y sistemas de control. Gracias a este lenguaje, desde los más pequeños sensores hasta los controladores más complejos pueden conectarse y transmitir información, lo que contribuye a una operación más precisa y eficiente. 

Si bien este protocolo se desarrolló en el año 1979 como complemento al MODICON, un sistema de control industrial que utilizaban los primeros controladores lógicos programables (PLCs), hoy en día sigue vigente y muy presente en todo tipo de instalaciones, siendo uno de los más extendidos y utilizados para comunicar todo tipo de equipos industriales.

En este artículo, profundizamos un poco más en este lenguaje universal y te explicamos qué es el protocolo Modbus, cuántos tipos hay y cuáles son las ventajas que lo posicionan, a pesar del paso del tiempo, como uno de los principales protocolos.

¿Qué es el protocolo Modbus y cómo funciona?

Imagina que un profesor en una clase hace preguntas a sus estudiantes. Cada uno de ellos tiene un número asignado, y el profesor los va llamando por su número para hacerles una pregunta específica. Cada estudiante escucha la pregunta, piensa en la respuesta y luego responde al profesor. No obstante, si alguien no entiende la pregunta o necesita más información, puede pedir una aclaración. Este proceso asegura que cada alumno responda a su turno y que el profesor pueda recoger las respuestas de forma ordenada y eficiente. Del mismo modo, el protocolo Modbus hace posible que un dispositivo central se comunique de manera precisa y controlada con varios dispositivos periféricos, lo que garantiza una transferencia de datos clara y eficiente.

En este sentido, el protocolo Modbus es un lenguaje de comunicación abierto utilizado para transmitir información en redes en serie entre dispositivos electrónicos. De hecho, es el protocolo más extendido en la automatización industrial. 

Su funcionamiento se basa en una arquitectura maestro-esclavo, en la que el maestro (por ejemplo, un PLC) envía comandos o solicita información específica a uno o más dispositivos esclavos, que pueden ser sensores, actuadores o controladores. En una red Modbus estándar, hay un maestro y puede haber hasta 247 esclavos.

Cada mensaje Modbus incluye un código de función que define la acción requerida, como puede ser la lectura de datos de entradas o salidas digitales, o la escritura de datos en registros de memoria. Los esclavos responden a esta acción con la información solicitada o con la confirmación de la ejecución de los comandos. De esta forma, se consigue la comunicación eficiente que se busca en los sistemas de automatización industrial.

Además, una característica interesante de Modbus es que el formato de los mensajes es independiente del tipo de interfaz física utilizada, lo que permite usar el mismo protocolo sin importar el tipo de conexión. En este sentido, puede emplearse el protocolo Modbus con diferentes cables, como USB, cables serie o, incluso, conexiones Ethernet, sin necesidad de cambiar el software que controla los dispositivos. Esto hace que sea más fácil y económico actualizar el hardware, ya que no se requieren grandes modificaciones en el software para adaptarse a diferentes tipos de conexión física.

Entre las razones que avalan el uso de este protocolo en la actualidad se encuentran:

• Facilidad de implementación.
• Sistema abierto, ya que es público y gratuito.
• Enfoque específico para aplicaciones industriales.
• Alta compatibilidad entre diferentes dispositivos.
• Fiabilidad en entornos industriales.
• Incorporación a bajo coste. 

Tipos de protocolo Modbus

El protocolo Modbus se presenta en diversas variantes que se adaptan a diferentes entornos y necesidades específicas. Cada tipo ofrece características únicas que lo hacen adecuado para distintas configuraciones de red y tecnologías de comunicación.

A continuación, te presentamos las tipologías existentes del protocolo Modbus: 

• Protocolo Modbus RTU: permite el intercambio de datos entre controladores lógicos (PLCs) y ordenadores mediante conexiones en serie. Es la versión más utilizada en aplicaciones industriales y de automatización.
• Protocolo Modbus TCP: esta es una variante Modbus diseñada para redes TCP/IP que se introdujo para poder aprovechar la infraestructura LAN basada en Ethernet. En esta versión, se implementa un modelo cliente-servidor, que se corresponde, respectivamente, al esclavo-maestro.
• Protocolo Modbus ASCII: fue una versión muy utilizada en el pasado que hace uso de caracteres ASCII. Sin embargo, hoy en día, apenas se emplea, por lo que se considera obsoleta. 
• Protocolo Modbus Plus: es una tipología extendida del protocolo que soporta comunicaciones peer-to-peer. A diferencia de los anteriores, este es un sistema completo que requiere de un hardware especial para conectarse a un ordenador, como una tarjeta para bus ISA, PCI o PCMCIA.

Beneficios del protocolo Modbus

El protocolo Modbus reúne una serie de beneficios que lo hacen muy interesante para su aplicación industrial. A continuación, destacamos sus principales ventajas:

• Simple, pero efectivo. Este protocolo ofrece una gran flexibilidad operativa. Su arquitectura maestro-esclavo permite una conexión de hasta 247 periféricos por cada maestro. En su versión TCP/IP, ofrece velocidades de datos de 10 a 100 Mbit/segundo. Esta sencillez permite a los desarrolladores integrarlo en una amplia gama de dispositivos. Además, facilita la resolución de problemas y el mantenimiento de los sistemas que lo emplean.
• Facilidad de integración. Es un sistema que tiene pocos requerimientos técnicos para su implementación. De hecho, en el protocolo Modbus estándar, solo se requiere un puerto serie o una conexión de bus compatible entre la instalación y el controlador, un tipo de conexión habitual en entornos industriales. En la versión TCP/IP, los conectores utilizados son RJ 45 o IP 65, que también son comunes en instalaciones industriales.
• Alta fiabilidad. Este protocolo integra de forma nativa un código de comprobación de redundancia cíclica (CRC) para la verificación de errores en sus estructuras, lo que asegura una alta fiabilidad en los intercambios de información.
• Gran interoperabilidad. Al ser un estándar abierto y ampliamente utilizado, Modbus permite la interoperabilidad entre equipos de diferentes fabricantes. Gracias a ello, facilita la integración de diversos dispositivos, ya que garantiza que puedan comunicarse entre sí, sin requerir el uso de un hardware o software de un fabricante en particular.
• Flexibilidad. El protocolo Modbus es compatible con múltiples estándares de comunicación, como RS-232, RS-485 y Ethernet, y puede adaptarse a diferentes tipologías de red. Esto proporciona mucha flexibilidad a la hora de diseñar sistemas de comunicación que se ajusten a las necesidades específicas de cada aplicación.
• Bajo coste. Debido a su simplicidad y amplia adopción, los costes asociados con la implementación y el mantenimiento de sistemas Modbus son bajos; de ahí que se haya convertido en una opción económica para muchas aplicaciones industriales.

Protocolo Modbus: uno de los lenguajes de comunicación más extendidos en la industria

El protocolo Modbus desempeña un papel crucial en la gestión y control de sistemas de energía. Por ejemplo, al integrarlo con los sistemas SCADA (por sus siglas en inglés, Supervisory Control and Data Acquisition ), que se emplean para monitorizar y controlar infraestructuras críticas, las industrias pueden recopilar y procesar datos para lograr una visión integral y centralizada del estado y de la operación del sistema energético. De esta forma, se impulsa la implementación de estrategias de mantenimiento predictivo para mejorar la operatividad y eficiencia de los sistemas.

Asimismo, en sistemas de gestión de edificios (BMS), Modbus se utiliza para integrar y controlar dispositivos, como unidades de climatización, iluminación, generadores y sistemas de almacenamiento de energía. Esta interconexión integrada permite una gestión eficiente del consumo energético y la optimización de recursos.

Estos son solo algunos ejemplos que muestran cómo el protocolo Modbus contribuye a la monitorización del uso de la energía en tiempo real. Y es que los datos que ofrece son esenciales para detectar pérdidas de energía, implementar estrategias de eficiencia energética para optimizar el consumo e identificar problemas antes de que ocurran. Gracias a ello, no solo se reducen costes, sino que aumenta la fiabilidad de las operaciones.

En Cuerva , conocemos la importancia del análisis de datos y, por ello, lo ponemos en el centro de nuestros servicios para mejorar la relación del usuario con la energía. Mediante el uso de algoritmia e ingeniería, ayudamos a las empresas a detectar ineficiencias en sus procesos, con el objetivo de optimizar sus instalaciones para que vean un ahorro en su factura energética.

Además, somos especialistas en el mantenimiento integral de todo tipo de instalaciones eléctricas . Realizamos planes de mantenimiento predictivo, preventivo, correctivo y gestión de revisiones periódicas para garantizar el funcionamiento seguro y confiable de tus equipos, y sacarles así su máximo rendimiento. 

¿Te gustaría optimizar los procesos de tu empresa? Nosotros podemos ayudarte.