Truyền thông Modbus – Nền tảng kết nối công nghiệp hiệu quả

Giao thức Modbus đã trở nên phổ biến trong lĩnh vực truyền thông mạng. Vậy giao thức Modbus là gì và ứng dụng của nó ra sao? Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi tìm hiểu về Modbus, một giao thức truyền thông rộng dãi trong công nghiệp tự động hóa.

Giao thức Modbus là gì?

Modbus là một giao thức truyền thông được phát triển bởi Modicon vào năm 1979 và hiện nay thuộc sở hữu của công ty Schneider Electric. Giao thức này cho phép truyền thông giữa nhiều thiết bị thông qua một cặp dây xoắn đơn. Trước đây, ngành công nghiệp sử dụng chuẩn RS232 và RS485 để truyền thông. Modbus đã nhanh chóng trở thành lựa chọn hàng đầu với tốc độ truyền nhanh hơn và khoảng cách truyền xa hơn. Đặc biệt, Modbus được cung cấp hoàn toàn miễn phí.

Bạn đang xem: Truyền thông Modbus – Nền tảng kết nối công nghiệp hiệu quả

Cách Modbus truyền thông

Giao thức Modbus sử dụng mô hình Master – Slave. Mỗi thiết bị trong mạng Modbus được gán một địa chỉ duy nhất. Trong frame truyền từ Master đến các Slave, chúng ta sẽ tìm thấy ID định danh của thiết bị Slave.

Modbus TCP truyền thông thông qua mạng Ethernet, cho phép thông tin từ Slave được truyền về PLC hoặc hệ thống SCADA để quản lý tập trung.

Truyền thông Modbus-RTU

Giới thiệu về giao thức Modbus RTU

Giao thức Modbus RTU dựa trên nền tảng RS485 (hoặc RS232). Giao thức này sử dụng cổng truyền thông nối tiếp và áp dụng cho các giao thức truyền thông nhỏ gọn, biểu diễn dữ liệu dưới dạng số nhị phân. Định dạng RTU có cơ chế kiểm tra lỗi tuần hoàn để đảm bảo tính tin cậy của dữ liệu. 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

Xem thêm : Cách tính điện trở tương đương Rtđ trong mạch điện

Trong một mạng truyền thông Modbus RTU, các cảm biến hoặc các thiết bị chấp hành thường đóng vai trò Slave, trong khi máy tính, PLC, vi điều khiển, thiết bị HMI có thể là Master hoặc Slave.

Các kết nối như sau:

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

Trong trường hợp khu vực đấu nối có nhiều sấm sét, sự nhiễu phức tạp hoặc máy móc hoạt động dòng lớn, cần nối dây GND để tránh hỏng thiết bị hoặc sai sót trong tín hiệu thu được. Chênh lệch điện thế giữa hai bên không vượt quá 7V.

Cách thức hoạt động của giao thức Modbus RTU

Modbus RTU hoạt động dựa trên nguyên tắc truyền tín hiệu thông qua Master (bên nhận) và Slave (bên truyền tín hiệu) thông qua địa chỉ thanh ghi. Modbus RTU hỗ trợ các dạng truyền tín hiệu như RS-232, RS-485. Để giao tiếp giữa Master và Slave trên đường truyền vật lý RS485, chúng ta cần cài đặt các thông số như tốc độ truyền baudrate, số bit dữ liệu, bit stop và kiểm tra chẵn lẻ (None, Event, Odd). Các thông số này phải giống nhau trên cả hai bên và Master phải biết ID của Slave cần giao tiếp.

Mỗi thiết bị trong mạng Modbus được cung cấp một địa chỉ duy nhất. Chỉ có một node được gán là Master trong mạng Modbus cho phép khởi tạo lệnh. Frame truyền thông chứa địa chỉ của thiết bị Slave (1 đến 247) và chỉ thiết bị có ID tương ứng mới đáp ứng lệnh. Tất cả các lệnh Modbus chứa thông tin tổng kiểm tra để người nhận có thể phát hiện lỗi truyền. Master có thể đọc và ghi dữ liệu vào thanh ghi của thiết bị Slave.

Ưu nhược điểm của Modbus RTU

Ưu điểm:

• Sử dụng được cho nhiều loại thiết bị chung cổng Modbus RTU.
• Giảm số lượng dây kết nối cho PLC, tối ưu không gian nhà xưởng hoặc nơi làm việc.
• Tiết kiệm module mở rộng PLC.
• Ổn định và ít bị nhiễu hơn so với tín hiệu analog 4-20mA.
• Tín hiệu RS-485 có khả năng truyền xa lên đến 1200m mà không mất tín hiệu hay dữ liệu.
• Các module hoạt động độc lập, dễ dàng quản lý.

Nhược điểm:

• Tốc độ truyền chậm hơn so với tín hiệu analog hoặc digital trực tiếp.
• Chỉ phù hợp cho các đều khiển có thời gian từ 1s trở xuống.
• Yêu cầu PLC hoặc SCADA có cấu hình mạnh để đọc hết các thanh ghi của nhiều Modbus.

Truyền thông Modbus TCP/IP

Modbus TCP/IP là gì?

Xem thêm : Mạch phát hồng ngoại IR: Tìm kiếm những hiệu ứng ánh sáng tốt hơn

Modbus TCP/IP là giao thức Modbus được sử dụng trên đường truyền Ethernet, sử dụng mô hình TCP/IP để truyền thông. Nó 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 cũng sử dụng mô hình Master-Slave như các loại Modbus khác. Tuy nhiên, Modbus TCP/IP thay đổi định nghĩa truyền thông truyền thống bằng việc triển khai trên nền Ethernet và sử dụng giao thức TCP trên nền IP.

Modbus TCP cho phép Slave chủ động truyền thông tin về các thiết bị quản lý trung tâm – Master, sử dụng địa chỉ IP của Master để quản lý tập trung thông qua phần mềm.

Modbus TCP/IP được sử dụng trong các mạng TCP/IP hiện đại. Có hai loại triển khai Modbus TCP/IP:

• Modbus RTU qua TCP: sử dụng TCP làm lớp vận chuyển cho các thông điệp RTU.
• Modbus TCP bình thường với một số thay đổi trong định dạng tin nhắn.

Vì truyền trên nền TCP/IP, tốc độ truyền của Modbus TCP/IP cao hơn và đáp ứng realtime hơn Modbus RTU.

Kết luận

Giao thức Modbus đã trở thành một nền tảng kết nối công nghiệp hiệu quả, giúp truyền thông giữa các thiết bị thông qua mạng. Modbus RTU và Modbus TCP/IP là hai biến thể của giao thức này, mỗi loại đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Sự lựa chọn phù hợp giữa hai loại Modbus phụ thuộc vào các yêu cầu và mong muốn của hệ thống. Tuy nhiên, với tính tin cậy và khả năng truyền thông hiệu quả, Modbus đã chứng minh được vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp tự động hóa.

Nguồn: https://cite.edu.vn
Danh mục: Học tập