Modbus RTU – Truyền thông thông minh cho ngành tự động hóa

Modbus RTU và Modbus TCP là hai dạng Modbus được sử dụng rộng rãi trong ngành tự động hóa hiện nay. Đây là những phương thức truyền thông thông minh, được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như BMS, tự động hóa và các nhà máy công nghiệp.

Modbus RTU là gì?

Modbus là một giao thức truyền thông phát triển bởi Modicon từ năm 1979, hiện nay thuộc về công ty Schneider Electric. Giao thức này cho phép truyền thông giữa các thiết bị thông qua đường truyền vật lý như RS485 và RS232. Đặc biệt, Modbus RTU được sử dụng trên giao diện RS485 để đạt tốc độ truyền thông cao hơn và khoảng cách truyền xa hơn. Vì những ưu điểm này, Modbus RTU nhanh chóng trở thành phương thức truyền thông phổ biến trong ngành tự động hóa.

Giao thức Modbus RTU được sử dụng để kết nối máy tính với các thiết bị đầu cuối (RTU) hoặc hệ thống SCADA. Modbus còn có nhiều dạng khác nhau như Modbus ASCII và Modbus TCP/IP.

Khái niệm Modbus RTU

Modbus RTU là một giao thức truyền thông mở, sử dụng đường truyền vật lý RS-232 hoặc RS-485 và mô hình dạng Master-Slave. Giao thức này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực tự động hóa và công nghiệp nhờ những ưu điểm ổn định, đơn giản và dễ sử dụng.

Cấu trúc bản tin Modbus RTU

Một bản tin Modbus RTU bao gồm các thành phần sau: một byte địa chỉ, một byte mã hàm, n byte dữ liệu và hai byte CRC để kiểm tra lỗi. Bản tin này được truyền giữa Master và Slave thông qua giao diện RS485.

Chức năng và vai trò của gói tin Modbus RTU như sau:

  • Byte địa chỉ: xác định thiết bị được nhận dữ liệu (đối với Slave) hoặc dữ liệu được nhận từ địa chỉ nào (đối với Master). Địa chỉ này được quy định từ 0 – 254.
  • Byte mã hàm: xác định yêu cầu dữ liệu từ Slave. Ví dụ, mã 01 để đọc dữ liệu lưu trữ dạng bit, mã 03 để đọc dữ liệu tức thời dạng byte, mã 05 để ghi dữ liệu 1 bit vào Slave, và mã 15 để ghi dữ liệu nhiều bit vào Slave.
  • Byte dữ liệu: xác định dữ liệu trao đổi giữa Master và Slave.
  • Byte CRC: kiểm tra lỗi của hàm truyền.

Cách Modbus RTU thực hiện truyền thông

Modbus RTU sử dụng mô hình Master – Slave, trong đó mỗi thiết bị trong mạng Modbus được gán một địa chỉ duy nhất. Trong quá trình truyền thông, gói tin từ Master đến các Slave chứa ID của thiết bị Slave. Tất cả các Slave đều nhận gói tin, nhưng chỉ có Slave có cùng ID mới phản hồi về Master.

Cấu trúc này cho phép kết nối và truyền thông giữa nhiều thiết bị cảm biến và đo lường như cảm biến độ ẩm, cảm biến áp suất và cảm biến Pt100. Thay vì phải kéo dây nguồn và tín hiệu từ trung tâm giám sát hoặc PLC tới từng thiết bị, chỉ cần sử dụng 4 lõi cáp để cấp nguồn và truyền thông tín hiệu ON/OFF, đo lường từ các Slave về PLC hoặc trung tâm giám sát. Điều này giúp tiết kiệm chi phí, dễ dàng quản lý và thực hiện giám sát theo thời gian thực.

Ứng dụng Modbus RTU trong công nghiệp

Trong môi trường nhà máy, có rất nhiều thiết bị cảm biến và đo lường như cảm biến độ ẩm, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ Pt100. Thay vì phải kéo dây cho mỗi thiết bị từ trung tâm giám sát hay PLC, giải pháp Modbus RTU chỉ cần sử dụng 4 lõi cáp: 2 lõi cho nguồn và 2 lõi cho truyền thông. Điều này giúp tiết kiệm chi phí và dễ dàng trong việc thi công và quản lý.

Ứng dụng Modbus RTU trong công nghiệp hỗ trợ giám sát theo thời gian thực và quản lý các thiết bị đo lường. Việc sử dụng các thiết bị Modbus RTU độc lập giúp quản lý dễ dàng và linh hoạt. Ngoài ra, Modbus RTU cũng cho phép sử dụng các thiết bị từ các hãng khác nhau với chuẩn Modbus RTU.

Ưu điểm và nhược điểm của Modbus RTU

Ưu điểm:

  • Khoảng cách truyền thông tối đa lên đến 1200m.
  • Tiết kiệm dây kết nối vào PLC, giảm modul PLC và chi phí.
  • Độ ổn định và ít nhiễu hơn so với tín hiệu analog 4-20mA.
  • Các modul độc lập nhau, dễ quản lý.
  • Có thể sử dụng chung với các hãng khác nhau hỗ trợ chuẩn Modbus RTU.

Nhược điểm:

  • Tín hiệu không nhanh bằng tín hiệu analog hoặc digital trực tiếp.
  • Phù hợp cho điều khiển có thời gian phản hồi từ 1s trở xuống.
  • Yêu cầu PLC hoặc SCADA có cấu hình đủ mạnh để quản lý nhiều thiết bị đo lường và công nghiệp.