Tín hiệu Modbus là gì ? Nguyên lý và ứng dụng của giao thức Modbus RTU

Tín hiệu Modbus là gì ? Nguyên lý và ứng dụng của giao thức Modbus RTU
Tín hiệu Modbus là một dạng giao thức truyền thông được phát triển vào năm 1979 bởi Modicon ( nay là Schneider Electric); và đang được tổ chức Modbus duy trì. Về mặt công nghệ, nó là một giao thức truyền thông nối tiếp. Nói cách khác, Modbus là một cách để các thiết bị công nghiệp điện tử giao tiếp với nhau. Ban đầu nó hoạt động trên RS232 nhưng sau đó sử dụng cho cả RS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dài hơn và mạng đa điểm ( Multi-drop ). Rất nhanh chóng Modbus trở thành tiêu chuẩn thông dụng trong ngành tự động hóa

Tín hiệu Modbus là gì ?

tín hiệu modbus là gì

Tín hiệu Modbus là một dạng giao thức truyền thông được phát triển vào năm 1979 bởi Modicon ( nay là Schneider Electric) và đang được tổ chức Modbus duy trì. Về mặt công nghệ, nó là một giao thức truyền thông nối tiếp. Nói cách khác, Modbus là một cách để các thiết bị công nghiệp điện tử giao tiếp với nhau. Ban đầu nó hoạt động trên RS232 nhưng sau đó sử dụng cho cả RS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dài hơn và mạng đa điểm ( Multi-drop ). Rất nhanh chóng Modbus trở thành tiêu chuẩn thông dụng trong ngành tự động hóa hiện nay

Các thiết bị có thông tin yêu cầu sử dụng Modbus được gọi là Modbus Master, các thiết bị cung cấp thông tin Mobus được gọi là Modbus Slaves ( Lưu ý có thể trong mạng Modbus chỉ có 1 Modbus Master nhưng có tới 247 Modbus Slaves. Trong đó mỗi Slaves có một địa chỉ duy nhất của nó )

MODBUS được xem là một hệ thống ”chủ – tớ ” trong đó ”chủ ” được kết nối với nhiều ”tớ” 

Cụ thể : Chủ là một PLC, PC, DCS, RTU. Tớ là các thiết bị hiện trường, tất cả chúng được kết nối với mạng Multi-drop. Khi chủ MODBUS RTU muốn có thông tin từ thiết bị, sẽ gửi một thông điệp cần về dữ liệu, tóm tắt dò lỗi đến các thiết bị. Chỉ những thiết bị được chỉ định mới có phản ứng, và các thiết bị khác chỉ nhận thông điệp nhưng không có phản ứng xảy ra

Mặc dù đã ra đời hơn 40 năm, nhưng Modbus vẫn là một trong những giao thức được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Nhờ sự đơn giản, độ tin cậy cao, khả năng điều khiển hoạt động chính xác, đặc biệt giao thức này hoàn toàn miễn phí. Điều này đã làm cho Modbus được lựa chọn làm tín hiệu giao thức phổ biến và sử dụng trong hầu hết các thiết bị công nghiệp hiện nay

Một số thiết bị sử dụng tín hiệu Modbus để kết nối truyền dữ liệu đến tủ điều khiển PLC, máy tính trung tâm như : Đồng hồ đo lưu lượng nước điện từ, van bi điều khiển điện tuyến tính, cảm biến đo áp suất, cảm biến đo nhiệt độ…

Modbus được sử dụng thế nào ?

– Chỉ có chủ mới có thể giao tiếp và gửi các yêu cầu đến các tớ ( thiết bị hiện trường )

– Modbus có thể giải quyết từng tớ bằng cách sử dụng địa chỉ cụ thể của nó, hoặc tất cả tác tớ đều sử dụng địa chỉ bằng 0

– Tớ chỉ có thể gửi các câu trả lời đến máy chủ

– Các thiết bị hiện trường không thể bắt đầu giao tiếp với máy chủ cũng như với các thiết bị khác

– Mỗi lần chỉ có 1 chủ được kết nối mạng

Chế độ giao tiếp Master – Slaves

Modbus trao đổi thông tin bằng 2 chế độ giao tiếp là unicast và chế độ phát sóng

Chế độ Unicast : Chủ xử lý một tớ bằng cách sử dụng địa chỉ cụ thể của nó, và các tớ có nhiệm vụ xử lý các yêu cầu và đưa ra câu trả lời cho chủ

tín hiệu Modbus Master là gì

Chúng ta sẽ hiểu ngắn gọn như sau : 1 là yêu cầu, 2 quá trình và 3 là trả lời

Chế độ phát sóng :Chủ sẽ giải quyết các tớ bằng các địa chỉ 0. Loại trao đổi này được gọi là chế độ phát sóng, trong đó các tớ sẽ không trả lời các yêu cầu này

chế độ phát sóng Modbus

Modbus có giống với giao thức RS-485

Modbus RS485 là gì

Modbus có nhiều phiên bản khác nhau được sử dụng để giải quyết các nhu cầu cụ thể của một tổ chức. 

Ví dụ : Modbus TCP được sử dụng cho Ethernet, Modbus RTU và Modbus ASCII cho các dòng nối tiếp. Giao thức Modbus được sử dụng phổ biến nhất RTU trên RS-485

  •  Modbus RTU : Là một giao thức nối tiếp đơn giản, có thể truyền qua công nghệ UART truyền thống. Dữ liệu được truyền theo byte 8 bit, với mỗi lần 1 bit, có tốc độ baud dao động 1200 bit/s – 115200 bit/s.Trong đó các thiết bị Modbus RTU chỉ hỗ trợ tốc độ lên tới 38400 bit/s
  • Một trong những lý do mà giao tiếp RS-485 được sử dụng cài đăt trong hệ thống điều khiển công nghiệp là khả năng phục vụ một số thiết bị và dễ sử dụng hơn các giao thức khác
  • Modbus RTU cần ít bộ nhớ và có thể điều chỉnh kích thước trên bộ nhớ xử lý CPU

Modbus TCP là gì ?

Mobbus TCP là gì

  • Modbus TCP làm cho định nghĩa chủ tớ bị hoán đổi trong Modbus.Vì Ethernet cho phép giao tiếp ngang hàng, trong mạng TCP thì tớ đã trở thành máy chủ và chủ đã thành máy khách. Khi có nhiều hơn 1 khách hàng lấy dữ liệu từ máy chủ
  • Được sử dụng trên các mạng TCP/IP hiện đại, hiện nay có 2 loại triển khai Modbus TCP đó là :
  • + Modbus RTU qua TCP, là dạng sử dụng TCP làm lớp vận chuyển các thông điệp cho RTU
  • + Modbus TCP bình thường có một số dạng thay đổi trong định dạng tin nhắn

Do Modbus sử dụng mạng Ethernet nên tốc độ truyền tải dữ liệu cao hơn nhiều so với RTU sử dụng các liên kết tiếp. Điểm hạn chế của Modbus TCP là ngăn xếp TCP/IP khó hỗ trợ hơn một số thiết bị hiện trường, nơi mà Modbus RTU hoạt động rất tốt

Modbus ASCII là gì ?

Modbus ASCII hoạt động tương tự Modbus RTU, tuy nhiên nó sử dụng mã hóa dữ liệu dựa trên văn bản, từ đó làm cho các yêu cầu và phản hồi có thể đọc được. Đây là lợi ích so với modbus RTU, tuy nhiên lại kém hiệu quả hơn vì độ dài tin nhắn gấp đôi. Do đó modbus ASCII được dùng để thực nghiệm và hiếm khi được sản xuất số lượng

Hạn chế của giao thức Modbus RTU và ASCII 

Tín hiệu Modbus RTU

– Hai giao thức này đều có yêu cầu thấp và đơn giản khi sử dụng, tuy nhiên chúng cũng có một số nhược điểm sau :

– Không có nhiều chủ trên một mạng hay giao tiếp hai chiều. Nguyên nhân là do không có cơ chế kiểm soát truy cập phương tiện và do tránh va chạm 

– Khó khăn trong việc hỗ trợ nhiều nô lệ với các liên kết nối tiếp như RS-485. Thực tế chúng ta chỉ có thể sử dụng nhiều hơn một vài chục thiết bị bằng cách xây dựng một hệ thống phân cấp phức tạp 

– Băng thông của các liên kết nối tiếp được giới hạn ở 115200 baud. Dãi này tuy thấp hơn so với tiêu chuẩn hiện đại nhưng vẫn hoạt động cho ứng dụng nhiều thiết bị

Lợi ích của Modbus trong công nghiệp 

– Khi một lập trình Modbus được khởi tạo, nó được phát hành ra công chúng, và biến thành một giao thức mở. Điều này có nghĩa là các công ty, nhà phát triển được phép triển khai Modbus trong hệ thống của họ hoặc tích hợp trong các thiết bị mà không phải chi trả tiền bản quyền

– Modbus đã trở thành tín hiệu truyền dẫn được sử dụng phổ biến nhất cho các thiết bị công nghiệp điện tử được kết nối. Dù là trong bất cứ ngành công nghiệp, tố chức nào thì Modbus đều được sử dụng để giúp tự động hóa giao tiếp mạng

– Tổ chức hoặc công ty, nhà máy của bạn sẽ được hưởng lợi từ Modbus vì nó cho phép liên lạc nhanh chóng hiệu quả giữa các thiết bị trong mạng 

– Modbus có thể kết nối một hệ thống giám sát với các đơn vị thiết bị đầu cuối từ xa, trong một hệ thống kiểm soát và thu thập dữ liệu giám sát 

– Nếu công ty, doanh nghiệp của bạn có nhu cầu thực sự về thu thập và truyền dữ liệu đến máy tính trung tâm hoặc thu thập dữ liệu kiểm soát giám sát thì Modbus chính là loại giao thức mà bạn cần khám phá và đưa vào sử dụng

Các câu hỏi thường gặp về Modbus ?

Tôi có thể đặt 2 cổng trên cùng 1 mạng Modbus không 

– Bạn không thể có nhiều Master trên mạng Modbus RTU ( RS-485 ). Vì vậy nếu cổng mặc định cấu hình là Master thì bạn chỉ có thể đặt 1 cổng. Bạn không thể sử dụng nhiều cổng để đọc thêm điểm từ cùng một thiết bị nô lệ Modbus

Lưu ý nếu bạn đang sử dụng thiết bị RS232, bạn chỉ có thể sử dụng 2 thiết bị, cho dù chúng được cấu hình như thế nào ?

Có thể có bao nhiêu thiết bị trên mạng Modbus ?

Về lý thuyết bạn có thể giải quyết hơn 250 thiết bị, tuy nhiên Modbus RS-485 không có khả năng xử lý nhiều thiết bị đó. Giao thức Modbus chỉ giới hạn ở 32 thiết bị và hầu hết các bộ RS485 đều được tích hợp điều này. Trường hợp tất cả các thiết bị trên mạng có bộ thu phát với tải thấp, bạn mới có thể kết nối nhiều hơn 32 thiết bị 

Kết luận : Modbus RTU sử dụng RS485 hoặc RS232, Modbus TCP sử dụng Ethernet

Nếu bạn muốn tìm kiếm một cổng giải pháp điều khiển, bạn cần phải chọn mô hình phù hợp với giao diện điện của thiết bị mà bạn muốn kết nối. 

Nếu bạn đang chọn I/O của giải pháp điều khiển hãy chọn một thiết bị phù hợp với mạng của bạn. 

Với những thông tin kiến thức chuyên ngành, chúng tôi hy vọng sẽ giúp bạn hiểu được Modbus là gì ? Từ đó có thể ứng dụng vào các hệ thống điều khiển công nghiệp của công ty, nhà máy nơi bạn làm việc

Xem thêm :Tín hiệu analog là gì ?

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.