Conversor de dados industriais — hex, decimal, binário, float IEEE-754 e word swap do Modbus

Como converter um registrador Modbus em float na mao

Quem comissiona rede industrial vive a mesma cena: o supervisório ou o terminal de leitura entrega um número cru de um registrador — algo como 0x4248 0x0000 — e a pergunta e simples e urgente: isso e 50°C, 200°C ou dado corrompido? A resposta depende de entender quatro coisas que a ferramenta resolve de uma vez: a base numérica, o sinal, o formato float e, acima de tudo, a ordem dos bytes. Vale conhecer a conta por tras, e não so ler o resultado.

O ponto de partida e que um registrador Modbus guarda 16 bits (2 bytes), enquanto um número de engenharia em ponto flutuante ocupa 32 bits (4 bytes). Logo, todo float ocupa dois registradores consecutivos. O primeiro passo e montar o valor de 32 bits a partir dos dois:

DWord = (Reg[0] × 65536) + Reg[1] = (Reg[0] « 16) | Reg[1]

Com o valor de 32 bits em maos, ele pode ser lido de varias formas: como inteiro sem sinal (UINT32), como inteiro com sinal (INT32), ou como número de ponto flutuante (float IEEE-754). A ferramenta mostra todas em paralelo, porque o mesmo padrão de bits significa coisas completamente diferentes em cada interpretação.

Hexadecimal, decimal e binário: a mesma informação em tres roupas

A conversão entre bases e puramente matematica. O hexadecimal e so uma forma compacta de escrever o binário: cada digito hex equivale a quatro bits. Por isso o técnico le e digita registrador em hex — 0x4248 e muito mais facil de conferir do que 0100 0010 0100 1000. O decimal e a forma humana de ler o mesmo número.

O detalhe que mais derruba leitura de registrador e o sinal. Um valor de 32 bits pode ser lido como UINT32, sempre positivo (0 a 4.294.967.295), ou como INT32 com sinal, usando complemento de dois. A regra: se o bit mais significativo (bit 31) for 1, o número e negativo no INT32; se for 0, o INT32 e igual ao UINT32. Em 0x42480000 o bit 31 e 0, então os dois valem +1.112.014.848 — nunca negativo. Ja um 0xFB2E lido como INT16 vale −1234, e não 64.302. Confundir os dois faz um transmissor de pressao parecer estar lendo 64 mil quando esta lendo −1234.

O float IEEE-754 de 32 bits, byte a byte

O formato de ponto flutuante de precisão simples e definido pela norma IEEE 754-2019 (o formato binary32; identico ao da edição de 2008, que a 2019 substituiu). Os 32 bits sao divididos em tres campos:

• 1 bit de sinal (S) — 0 para positivo, 1 para negativo.
• 8 bits de expoente (E) — guardado com um bias de 127; o expoente real e E − 127.
• 23 bits de mantissa (M) — a parte fracionária, com um 1 implícito a esquerda.

A fórmula que junta tudo e:

Valor = (−1)^S × 2^{(E − 127)} × (1 + M / 2²³)

Veja com o exemplo que a ferramenta ja traz, o valor 0x42480000, que e um sensor lendo 50,0°C:

0x42480000 -> binário 0 10000100 10010000000000000000000
S = 0 -> positivo
E = 10000100 = 132 -> expoente real = 132 − 127 = 5
M = 1001000… (23 b) -> 1 + M / 2²³ = 1,5625
Valor = (−1)⁰ × 2⁵ × 1,5625 = 32 × 1,5625 = 50,0

Esse e exatamente o número que aparece no card de resultado na ordem ABCD. Um detalhe que confunde: 50,0625 não e 50,0. Se a ferramenta (ou a conta na mao) der 50,0625, o valor de entrada não era 0x42480000, e sim 0x42484000 — um erro de digitacao de um unico digito hex. Por isso toda saida numérica desta ferramenta e gerada pela engine do navegador, nunca digitada a mao.

Byte swap não e word swap

Aqui mora o erro mais comum de quem decodifica float no Modbus. São duas trocas distintas, e a nomenclatura ABCD/DCBA/BADC/CDAB combina as duas:

• Byte swap troca os dois bytes dentro de um mesmo registrador de 16 bits. O valor 0x1234 chega como 0x3412. Acontece quando a endianness do byte difere entre os dois lados.
• Word swap troca os dois registradores de 16 bits entre si, sem mexer nos bytes de cada um. A sequência [High, Low] chega como [Low, High]. Acontece quando o equipamento manda o registrador menos significativo primeiro.

Quando o float aparece como um número absurdo no SCADA — do tipo 3,57×10⁻⁴³ no lugar de 50,0 —, quase sempre e uma dessas duas trocas na ordem errada. A ferramenta exibe os dois registradores isolados, cada um com byte swap, e o resultado do word swap, para você isolar qual das duas operações resolve.

O caso do inversor WEG: por que não cravamos a ordem

A pergunta mais frequente de quem trabalha com inversor no Brasil e: qual ordem o WEG CFW500 (ou CFW11) usa? A resposta honesta e que a ordem de byte dos parâmetros de 32 bits desses inversores precisa ser confirmada no manual de comunicação Modbus RTU do equipamento — e pode variar por família de produto e por firmware. Fontes de terceiros se contradizem (umas citam BADC, outras CDAB), então adotar uma ordem por suposição e justamente o erro que destroi a credibilidade de uma leitura.

Por isso, quando você seleciona o preset WEG, a ferramenta não crava a ordem: ela mostra um aviso para testar as quatro combinações e comparar com o valor físico medido. Essa e a regra de campo: na dúvida, leia um registrador cujo valor real você conhece (a temperatura do motor em um termômetro, por exemplo) e veja em qual das quatro ordens o número bate. Aquela e a ordem do seu equipamento, e vale para todos os parâmetros float dele.

Valores especiais: quando o registrador não e um número

O IEEE 754 reserva alguns padroes de bits para situações que não sao números normais. No campo, eles sao um sinal de diagnóstico precioso — e não um bug da ferramenta. A calculadora detecta cada um e explica o que costuma significar:

Ao ver NaN ou Infinito num registrador, não adianta procurar o número certo: ele não existe. O caminho e verificar a fiação RS-485 e a terminação, conferir se o endereço do registrador esta correto, checar a lógica do transmissor e a integridade do telegrama Modbus (CRC, timeout). O valor voltara a fazer sentido quando a causa física for resolvida.

Como usar a ferramenta no comissionamento

O fluxo de campo e direto:

• Decodificar uma leitura: cole o valor bruto (em qualquer formato — com 0x, espacos ou dois-pontos), olhe as quatro ordens de float e escolha a que bate com o valor físico. Marque essa ordem no projeto e use para todos os parâmetros float daquele equipamento.
• Confirmar um inteiro com sinal: compare o UINT e o INT; se o transmissor pode ler valores negativos (pressao diferencial, por exemplo), e o INT que importa.
• Diagnosticar dado suspeito: se o número parece lixo, veja se cai em NaN, Infinito ou zero — isso aponta para problema físico, não para conta errada.
• Isolar uma troca: use os campos de byte swap e word swap para descobrir se o problema esta nos bytes dentro do registrador ou na ordem dos dois registradores.

Tudo roda no proprio navegador, sem enviar nada para servidor algum — funciona ate offline, depois de a pagina carregar uma vez, util em obra ou subestação sem sinal.

Quando a leitura vira projeto: a Token integra a rede com ART

Decodificar um registrador e uma conta de apoio — e para isso esta ferramenta existe e e gratuita. Mas quando a rede industrial precisa ser projetada, montada ou auditada, entra a engenharia: a topologia RS-485 com terminação e blindagem corretas, o mapa de registradores Modbus, o gateway para Ethernet/IP ou Profibus, a integração ao SCADA, a parametrização dos inversores e o comissionamento em campo, com responsável técnico e ART. A Token Engenharia atua em montagem industrial e eletromecânica e em comunicação industrial em todo o Brasil — do cabeamento ao supervisório.

Perguntas frequentes

Como converter um valor hexadecimal de um registrador Modbus em float IEEE-754?

Junte os dois registradores de 16 bits num valor de 32 bits e aplique a fórmula do binary32: Valor = (−1)^S × 2^{(E − 127)} × (1 + M / 2²³). Exemplo: 0x42480000 em ordem ABCD da 50,0. Como o Modbus não padroniza a ordem dos bytes, compare as quatro ordens com o valor físico.

Qual a diferença entre byte swap e word swap?

Byte swap troca os dois bytes dentro de um registrador de 16 bits (0x1234 vira 0x3412). Word swap troca os dois registradores de 16 bits entre si, sem mexer nos bytes. As notações BADC e CDAB combinam as duas operações.

O que significam ABCD, DCBA, BADC e CDAB?

São as quatro ordens de byte de um float de 32 bits (A = byte mais significativo, D = menos). ABCD e Big Endian; DCBA e Little Endian; BADC e Big Endian com byte swap; CDAB e Little Endian com word swap. O Modbus não impõe ordem, então cada fabricante escolhe a sua.

Qual ordem o WEG CFW500 usa?

A ordem dos parâmetros de 32 bits do CFW500 e CFW11 deve ser confirmada no manual de comunicação Modbus RTU do equipamento e pode variar por família e firmware. A ferramenta não crava a ordem WEG: teste as quatro combinações e compare com o valor físico medido.

Por que o decimal com sinal as vezes difere do sem sinal?

Se o bit 31 for 1, o número e negativo no INT32; se for 0, o INT32 e igual ao UINT32. Em 0x42480000 o bit 31 e 0, então os dois valem +1.112.014.848. Um 0xFB2E lido como INT16 vale −1234.

O que fazer quando o registrador retorna NaN ou Infinito?

São valores especiais do IEEE 754 que costumam indicar sensor desconectado, overflow de escala ou dado corrompido na comunicação. Verifique a fiação RS-485, o endereço do registrador, a lógica do transmissor e a integridade do telegrama Modbus.

Quando a leitura vira projeto de comunicação industrial?

Quando a rede precisa ser montada ou auditada: topologia RS-485, mapeamento Modbus, gateway, integração ao SCADA e comissionamento, com responsável técnico e ART. A Token Engenharia executa esse projeto em todo o Brasil.