Giao thức Truyền thông Modbus: Cung cấp lợi ích cho cuộc sống và công nghiệp tự động

Bạn đã từng nghe qua giao thức Modbus chưa? Giao thức này có ứng dụng gì trong cuộc sống và công nghiệp tự động? Hãy cùng tìm hiểu về giao thức Truyền thông Modbus TCP/IP và Modbus RTU, những giao thức được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp.

Modbus là gì?

Modbus là một giao thức truyền thông do Modicon phát triển năm 1979, hiện nay thuộc công ty Schneider Electric. Giao thức này cho phép giao tiếp giữa nhiều thiết bị thông qua một cặp dây xoắn đơn. Ban đầu, ngành công nghiệp sử dụng các chuẩn RS232, RS485 để truyền thông. Tuy nhiên, với RS485, Modbus đạt được tốc độ cao hơn và khoảng cách truyền xa hơn, do đó nhanh chóng được sử dụng rộng rãi trong ngành tự động hóa. Một điểm đặc biệt là Modbus được cung cấp hoàn toàn miễn phí.

Bạn đang xem: Giao thức Truyền thông Modbus: Cung cấp lợi ích cho cuộc sống và công nghiệp tự động

Cách Modbus truyền thông

Giao thức Modbus hoạt động theo mô hình Master – Slave. Mỗi thiết bị trong mạng Modbus được gán một địa chỉ duy nhất. Trong gói tin truyền từ Master đến các Slave, chúng ta có ID định danh của thiết bị Slave.

Modbus TCP/IP truyền thông trên nền Ethernet, thông tin từ Slave được truyền về PLC và hệ thống SCADA quản lý tập trung.

Giao thức Modbus RTU

Modbus RTU là giao thức sử dụng cổng truyền thông nối tiếp (RS485 hoặc RS232) và được ứng dụng cho giao thức truyền thông nhỏ gọn, sử dụng kiểu dữ liệu số nhị phân. Giao thức này sử dụng định dạng RTU với cơ chế kiểm tra lỗi tuần hoàn để đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu. Một gói tin RTU phải được truyền liên tục mà không có khoảng ngắt giữa các ký tự.

Kết nối phần cứng của giao thức Modbus RTU

Trong một mạng giao tiếp sử dụng giao thức Modbus RTU, các cảm biến hoặc cơ cấu chấp hành thường đóng vai trò Slave. Các thiết bị như máy tính, PLC, vi điều khiển, thiết bị HMI có thể là Master, nhưng cũng có thể đóng vai trò Slave.

Cách đấu nối như sau:

• A- (Master) <——> A- (Slave)
• B+ (Master) <——> B+ (Slave)
• GND (Master) <——-> GND (Slave)

Dây GND cần nối trong trường hợp khu vực đấu nối ở vùng nhiều sấm sét, máy móc hoạt động dòng lớn, nhiễu phức tạp, để tránh hỏng thiết bị hoặc sai lệch tín hiệu thu được. Điện thế chênh lệch giữa GND hai bên tối đa là 7V.

Cách thức hoạt động của giao thức Modbus RTU

Modbus RTU hoạt động dựa trên nguyên tắc truyền tín hiệu giữa Master (bên nhận) và Slave (bên truyền tín hiệu) thông qua địa chỉ thanh ghi. Các phương thức truyền tín hiệu của Modbus RTU bao gồm RS-232, RS-485 và sử dụng đường truyền vật lý RS485 để giao tiếp giữa Master và Slave. Để giao tiếp được, ta cần cài đặt các thông số về tốc độ truyền baudrate, số data bit, bit stop, kiểm tra chẵn lẻ (Parity). Các thông số này phải giống nhau giữa Master và Slave và Master cần biết ID của Slave cần giao tiếp.

Mỗi thiết bị trong mạng Modbus được cung cấp một địa chỉ duy nhất. Chỉ thiết bị có ID tương ứng mới đáp ứng, mặc dù các thiết bị khác có thể nhận được nó. Tất cả các lệnh Modbus chứa thông tin tổng kiểm tra (check sum CRC) để phát hiện lỗi truyền. Master đọc và ghi dữ liệu vào thanh ghi của thiết bị Slave.

Ưu nhược điểm của Modbus RTU

Ưu điểm:

• Có thể dùng cho nhiều loại thiết bị có chung cổng Modbus RTU.
• Giảm số lượng dây kết nối về cho PLC, tối ưu hóa không gian nhà xưởng hay nơi làm việc.
• Tiết kiệm module mở rộng PLC.
• Ổn định và ít bị nhiễu hơn so với tín hiệu analog 4-20mA.
• Có khả năng truyền đi xa lên đến 1200m mà không mất tín hiệu hay dữ liệu.
• Các module hoạt động độc lập, dễ dàng quản lý.

Nhược điểm:

• Tín hiệu chậm hơn so với tín hiệu analog hay digital.
• Phù hợp cho các điều khiển có thời gian từ 1s trở xuống.
• Yêu cầu PLC hay SCADA có cấu hình mạnh để đọc hết các thanh ghi của nhiều Modbus.

Truyền thông Modbus TCP/IP

Modbus TCP/IP là giao thức Modbus được sử dụng trên đường truyền Ethernet, sử dụng mô hình TCP/IP để truyền thông. Modbus-TCP/IP là một mạng Ethernet công nghiệp mở được nhận diện bởi Modbus-IDA User Organization.

Phương thức truyền thông Modbus TCP/IP:

• Modbus TCP/IP sử dụng mô hình Master-Slave để truyền thông, được triển khai trên nền Ethernet và sử dụng bộ giao thức TCP trên nền IP.
• Modbus TCP thay đổi định nghĩa Master-Slave truyền thống do Ethernet cho phép giao tiếp ngang hàng. Trong mạng TCP, các Slave có thể chủ động truyền thông tin đến các thiết bị quản lý trung tâm – Master, sử dụng địa chỉ IP để quản lý tập trung từ phần mềm.
• Modbus TCP/IP được sử dụng trên các mạng TCP/IP hiện đại, có 2 loại triển khai Modbus TCP: Modbus RTU qua TCP và Modbus TCP bình thường với một số thay đổi trong định dạng tin nhắn.
• Với truyền trên nền TCP/IP, Modbus TCP/IP có tốc độ cao và đáp ứng realtime hơn Modbus RTU.
• Modbus TCP/IP có thể kết hợp với Modbus RTU, được gọi là Hybird Modbus.

Modbus RTU sử dụng RS485, RS232. Modbus TCP sử dụng trên nền Ethernet. Để kết hợp được hai loại Modbus này, ta cần tìm một thiết bị hỗ trợ cả hai cổng kết nối. Điều này rất hữu ích khi mở rộng quy mô sản xuất và số lượng thiết bị.

Hãy tìm hiểu thêm về Modbus và ứng dụng của nó tại Izumi.Edu.VN.

Nguồn: https://izumi.edu.vn/
Danh mục: Tài liệu điện