Tôi có thể nói với các bạn rằng sẽ là một thiếu sót nếu như các bạn không biết tới Remote I/O và modbus gateway trong thời đại công nghiệp ngày càng phát triển.
Nếu như bạn đang cần một giải pháp truyền thông công nghiệp tiết kiệm chi phí, đơn giản cho hệ thống PLC, DCS trong các hệ thống công nghiệp, HVAC, Chiller … thì modbus gateway kết hợp Remote I/O là một giải pháp bạn cần phải biết tới trong xu thế hiện nay.
Đã qua rồi cái thời mà bạn phải dùng rất nhiều modul Analog 4-20mA / 0-10V trong tủ PLC của bạn. Giờ đây bạn chỉ cần dùng vài thiết bị Remote I/O kết hợp với Modbus gateway là có thể kết nối với vô vàng DI, AI, DO, AO với chi phí cực kỳ thấp mà còn tiết kiệm được không gian tủ điện cũng như không giới hạn khoảng cách kết nối.
Vậy Modbus Gateway là gì ? Tại sao chúng ta phải biết tới nó trong thời đại công nghệ ngày càng phát triển này. Tôi tin rằng nếu bạn không biết tới các chuẩn truyền thông mới này thì bạn sẽ bị thụt lùi so với các đối thủ của bạn. Cùng xem các ứng dụng mà Modbus Gateway mang tới cho bạn nhé.
Modbus gateway là gì ?
Modbus gateway là một thiết bị được dùng để chuyển đổi giao thức giữa modbus RTU, modbus ASCII thành modbus TCP-IP. Nói một dễ hiểu hơn là modbus gateway là một thiết bị chuyển đổi tín hiệu từ modbus vật lý sang truyền thông Ethernet thông qua cổng RJ45.
Các thiết bị PLC, DCS, HMI có kết nối internet trên cùng một hệ thống mạng có thể đọc và ghi các dữ liệu thông qua các Switch mạng. Điều này có nghĩa rằng các tủ điện điều khiển, PLC, HMI có thể giao tiếp với nhau chỉ thông qua một dây Internet duy nhất.
Oh, Tôi vừa nói với bạn rằng modbus gateway có thể đọc và ghi dữ liệu. Đúng vậy. Vậy modbus gateway sẽ hoạt động như thế nào? Trước tiên chúng ta cần biết tới modbus RTU là gì nhé.
Modbus RTU là gì ?
Modbus RTU là một giao thức được sử dụng trong truyền thông công nghiệp tương tự như chuẩn Analog 4-20mA, 0-10V truyền thống. Tuy nhiên, đối với chuẩn Modbus RTU thì chúng ta thấy rằng nó có nhiều ưu điểm vượt trội hơn như chính xác hơn, không bị nhiễu, đọc được nhiều thông số hơn so với chuẩn analog 4-20mA / 0-10V.
Modbus có 3 chuẩn : modbus RTU, modbus ASCII, modbus TCP-IP. Đa phần các thiết bị đều có lựa chọn modbus RTU bên cạnh chuẩn analog 4-20mA , 0-10V truyền thống.
Modbus RTU giải quyết vấn đề nan giải của tín hiệu analog là truyền đi xa và không bị nhiễu trong quá trình truyền tín hiệu về PLC hay các data logger.
Gateway modbus rtu ethernet ip
Gateway modbus RTU sang Ethernet IP chính là một bộ chuyển đổi tín hiệu từ Modbus RTU dạng vật lý sang Modbus TCP-IP thành địa chỉ IP mạng. Thông qua mạng internet nội bộ các PLC có thể đọc tất cả các dữ liệu từ các vị trí khác nhau mà không cần phải kéo dây vật lý như cách truyền thống hay làm.
Một thiết bị R-KEY-LT làm gateway modbus RTU Ethernet IP có thể đọc được 128 note Modbus RTU và truyền lên 10 Server Modbus TCP-IP. Điều đó có nghĩa rằng :
- Bạn có thể đọc ít nhất 128 thiết bị đơn lẻ có truyền thông modbus RTU
- Nếu bạn sử dụng Z-4AI của Seneca với 4 ngõ vào Analog 4-20mA / 0-10V thì bạn sẽ có max 4 x 128 = 512 tín hiệu analog đầu vào
- Hoặc bạn sử dụng Z-8AI của Seneca với 4 ngõ vào Analog 4-20mA / 0-10V thì bạn sẽ có max 8 x 128 = 1024 tín hiệu analog đầu vào
- Hay bạn sử dụng Z-4RTD của Seneca bạn sẽ có 4 kênh RTD Pt100 cho một thiết bị tương ứng 4 x 128 = 512 tín hiệu đầu vào nhiệt độ.
- Tương tự bạn sử dụng Z-4TC của Seneca bạn sẽ có 4 kênh Thermocoule K, J, R, S … cho một thiết bị tương ứng 4 x 128 = 512 tín hiệu đầu vào nhiệt độ.
- Và bạn sử dụng Z-8TC của Seneca bạn sẽ có 4 kênh 8 kênh ocoule K, J, R, S … cho một thiết bị tương ứng 8 x 128 = 1024 tín hiệu đầu vào nhiệt độ.
Tới đây có lẽ rằng bạn đã hiểu sức mạnh của một thiết bị được gọi là modbus gateway là như thế nào rồi chứ. Đó mới chỉ là khả năng đọc dữ liệu mà thôi.
Khi làm chức năng chuyển đổi modbus RTU sang modbus TCP-IP thì 1 thiết bị R-KEY-LT có thể truyền lên 10 server khác nhau. Tức là bạn có thể đọc từ nhiều thiết bị khác nhau chỉ với một modbus gateway R-KEY-LT.
Gateway modbus tcp ethernet ip
Khi một modbus Gateway đóng vai trò chuyển đổi tín hiệu từ Modbus TCP-IP sang modbus RTU thì có thể truyền tối đa từ 8 client thành 128 Modbus RTU bên dưới. Đây là một con số khá là lớn cho một hệ thống vậy nếu như bạn có nhiều hơn thì xử lý thế nào.
Rất đơn giản các bạn. Bạn chỉ cần dùng thêm 1 con R-KEY-LT là modbus gateway cho các client còn lại là giải quyết được vấn đề.
Lợi ích của việc dùng Modbus Gateway Ethernet
Với các ứng dụng sử dụng R-KEY-LT làm một modbus gateway thông qua cổng ethernet. Lúc này bạn sử dụng truyền thông modbus trên nền Ethernet sẽ có được các lợi ích mà Modbus RTU hay modbus ASCII không bao giờ giải quyết được như :
- Truyền tín hiệu đi xa không giới hạn khoảng cách
- Mỗi một modbus gateway ethernet sẽ node lại tất cả các modbus RTU. Chúng ta có thể kết nối nhiều Modbus gateway ethernet lại với nhau làm tăng số lượng modbus slave bên dưới
- Tốc độ quét không còn là vấn đề như modbus RTU bởi tốc độ truyền của Ethernet là rất nhanh.
- Tiết kiệm chi phí dây tín hiệu rất lớn so với kết nối truyền thống
- Giảm kích thước tủ điện – tiết kiệm không gian & thiết kế đẹp chuyên nghiệp hơn với truyền thông Ethernet
- Mở rộng kết nối với nhiều thiết bị truyền thông modbus RTU mà không cần thêm các modul mở rộng như Analog 4-20mA / 0-10V
Tóm lại, nếu bạn sử dụng một modbus gateway để làm trung gian cho các modbus RTU và modbus TCP-IP sẽ giải quyết được rất nhiều vấn đề nan giải mà trước kia bị hạn chế.
Các bộ modbus gateway thường gặp
Seneca R-KEY-LT
Seneca R-KEY-LT của Seneca được thiết lắp trên DIL Rail với 1 cổng RS485 + 1 cổng RS232 và 1 cổng RJ45. Với 3 cổng kết nối vật lý truyền thống này chúng ta có thể giao tiếp qua lại giữa Modbus RTU, ASCII, TCP-IP một cách nhanh chóng và dễ dàng.
R-KEY-LT được nhiều khách hàng tin dùng do hoạt động ổn định, dễ cài đặt và đặc biệt giá thành khá là cạnh tranh so với các thương hiệu khác trong nhóm G7. Bản thân mình cùng thường xuyên dùng con R-KEY-LT này vì kết nối vật lý giữa modbus RTU và cổng mạng cho truyền thông ổn định.
Ổn định chính là cái mà mình thích nhất khi dùng R-KEY-LT. Ngoài ra việc cài đặt địa chỉ IP một cách tùy biến thông qua phần mềm SDD của chính Seneca khá đơn giản. Chúng ta chỉ cần vào web của Seneca và tải về SDD. Sau đó, dùng phần mềm SDD tự quét ra IP mặc định 192.168.1.168. Từ đây chúng ta có thể tùy ý tùy chỉnh địa chỉ IP cũng như địa chỉ Gateway một cách tùy ý.
Modbus gateway Seneca Z-KEY
Z-KEY hoạt động tương tự như R-KEY-LT tuy nhiên Z-KEY có thiết kế thanh mảnh hơn tương tự như một modul chuyển đổi tín hiệu khác của Seneca. Với thiết kế này thì Z-KEY có thể tận dụng Bus nguồn của Seneca để cấp nguồn và đọc tín hiệu Modbus RTU từ các Z-4AI, Z-8AI, Z-4TC, Z-4RTD, Z-8TC … của Seneca.
Đối với các tủ điện có kích thước không quá lớn thì modbus gateway Z-KEY sẽ là một thiết bị được ưa chuộng hơn nhằm tiết kiệm không gian lắp đặt. Tất nhiên về mặt thẩm mỹ tôi vẫn thích Z-key hơn là R-KEY-LT & giá thành cũng sẽ cao hơn một tí.
Gateway Profinet R-KEY-LT-P / Z-KEY-P cho PLC Siemens
Gateway Profinet mở ra một phương thức truyền thông thuận tiện hơn cho các PLC của Siemens nói chung và các PLC đời mới của Siemens nói riêng. Các gateway profinet của Seneca đều tích hợp sẵn các file GSD do chính Seneca cung cấp sẵn.
Việc cài file GSD trực tiếp vào TIA PORTAL giúp chúng ta đơn giản hóa việc sử dụng các gateway không thuộc hệ sinh thái của Siemens. Giờ đây bạn có thể đọc modbus RTU, Modbus TCP-IP một cách dễ dàng như chính các modul chính hãng của Siemens.
Gateway Profinet có gì ?
- Giao tiếp hai chiều Modbus RTU, TCP-IP với Profinet IO gateway
- Hổ trợ 128 modbus RTU slave và 10 modbus TCP-IP
- Cho phép quản lý lên tới 500 tags
- Cài đặt ngay trên web server, phần mềm easy setup, TIA PORTAL, Codeys
Việc sử dụng gateway Profinet mang tới một trãi nghiệm hoàn toàn khác biệt khi mà tất cả các tín hiệu Modbus RTU, Modbus TCP-IP có thể truyền và đọc một cách nhanh chóng với PLC S7-1200, S7-1500 đồng thời với nhau.
Đó chính là sự khác biệt giữa modbus gateway Profinet và Modbus gateway RTU, TCP-IP. Nếu như bạn đang dùng PLC của Siemens thì R-KEY-LT-P và Z-KEY-P chính là một sự lựa chọn bạn nên tham khảo.
Tóm lại, modbus gateway chính là một sự lựa chọn mới cho giao thức truyền thông Modbus RTU, Modbus TCP-IP và Profinet. Việc sử dụng Modbus gateway giúp chúng ta giảm số lượng node giao tiếp với PLC và tăng tốc độ xử lý so với truyền dẫn dây vật lý thông thường.
Tôi tin rằng các modbus gateway sẽ được sử dụng rộng rãi trong thời gian sắp tới nhằm giảm chi phí lắp đăt tủ điện và truyền thông nhanh – chính xác hơn.
Chúc các bạn thành công !
Kỹ sư Cơ – Điện Tử
Nguyễn Minh Hòa
Mobi : 0937.27.55.66
Mail : hoa.nguyen@huphaco.vn
