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Fundamentos do Modbus

Esta seção apresenta os conceitos fundamentais do protocolo Modbus, necessários para o uso correto da biblioteca pyModbusTCPtools.

O objetivo não é ensinar Modbus do zero, mas alinhar terminologia, endereçamento e comportamento conforme utilizado pela biblioteca.

O que é Modbus

Modbus é um protocolo de comunicação industrial criado originalmente para troca de dados entre dispositivos de automação, como CLPs, sensores, inversores e gateways.

Características principais:

  • Protocolo simples e amplamente adotado
  • Modelo mestre/escravo (cliente/servidor)
  • Comunicação baseada em leitura e escrita de áreas de memória
  • Independente de fabricante

A biblioteca pyModbusTCPtools trabalha exclusivamente com Modbus TCP, que utiliza TCP/IP como camada de transporte.

Modbus TCP

No Modbus TCP:

  • A comunicação ocorre sobre TCP/IP
  • A porta padrão é 502
  • Não há checksum (CRC), pois a confiabilidade é garantida pelo TCP
  • O campo Unit ID identifica o dispositivo lógico

A biblioteca atua como cliente Modbus TCP, iniciando todas as requisições.

Modelo de dados Modbus

O protocolo Modbus organiza os dados em quatro áreas lógicas, cada uma com comportamento específico.

Coils

  • Tipo: booleano (0 ou 1)
  • Função: escrita e leitura
  • Uso típico: comandos digitais (liga/desliga)

Exemplo de uso: - Partida de motor - Habilitação de controle

Discrete Inputs

  • Tipo: booleano
  • Função: somente leitura
  • Uso típico: estados de sensores digitais

Exemplo de uso: - Fim de curso - Chaves de segurança

Input Registers

  • Tipo: registrador de 16 bits (UINT16)
  • Função: somente leitura
  • Uso típico: medições e valores analógicos

Exemplo de uso: - Temperatura - Pressão - Vazão

Holding Registers

  • Tipo: registrador de 16 bits (UINT16)
  • Função: leitura e escrita
  • Uso típico: setpoints e parâmetros

Exemplo de uso: - Setpoint de velocidade - Limites de processo - Configurações gerais

Endereçamento Modbus

A biblioteca pyModbusTCPtools utiliza endereçamento zero-based, conforme a especificação do Modbus TCP e a maioria das bibliotecas Python.

Isso significa:

  • Coil 0 → endereço 0
  • Holding Register 40001 → endereço 0
  • Input Register 30001 → endereço 0

O uso de endereços baseados em 1 (ex.: 40001, 30001) não é utilizado internamente.

Tamanho dos dados

Cada registrador Modbus possui 16 bits.

Tipos de dados maiores ocupam múltiplos registradores:

  • INT32 / UINT32 → 2 registradores
  • FLOAT32 → 2 registradores
  • INT64 / UINT64 → 4 registradores
  • FLOAT64 → 4 registradores

A biblioteca realiza automaticamente esse cálculo quando se utiliza leitura ou escrita tipada.

Conversão de tipos

O protocolo Modbus não define tipos de dados complexos, apenas registradores de 16 bits.

A interpretação de tipos como INT, FLOAT e DOUBLE é feita por convenção entre cliente e servidor.

A biblioteca pyModbusTCPtools fornece:

  • Conversão automática de tipos
  • Validação de tamanho
  • Tratamento de overflow
  • Exceções claras em caso de erro

Endianness

Quando múltiplos registradores são usados para representar um valor, é necessário definir a ordem correta:

  • Ordem das palavras (word order)
  • Ordem dos bytes dentro de cada palavra

Esse comportamento é controlado explicitamente pelo enum Endian.

A escolha correta depende do fabricante e da configuração do dispositivo Modbus.

A seção Endianness da documentação aborda esse tema em detalhes.

Exceções Modbus

O protocolo Modbus define exceções padronizadas, como:

  • Illegal Function
  • Illegal Data Address
  • Illegal Data Value

Essas exceções indicam erro de aplicação, não necessariamente falha de comunicação.

A biblioteca diferencia claramente:

  • Erros de conexão
  • Erros de protocolo Modbus
  • Erros de leitura e escrita
  • Erros de conversão de dados

Considerações práticas

Ao trabalhar com Modbus TCP em ambiente industrial:

  • Sempre confirme o endereçamento real no CLP
  • Verifique o tipo de dado esperado
  • Atenção especial ao endianness
  • Trate falhas de comunicação como eventos normais
  • Não assuma que todos os endereços existem

A biblioteca foi projetada considerando essas premissas.

Próximo passo

Após compreender os fundamentos do Modbus, avance para a seção Endianness, onde são detalhadas as combinações de ordenação de palavras e bytes e seus impactos práticos.