Trong lĩnh vực điều khiển và tự động hóa, mạng truyền thông công nghiệp đóng một vai trò quan trọng. Bởi lẽ những ai có thể nắm vững mạng truyền thông công nghiệp; thì người đó đã có thể tích hợp nhiều thiết bị vào hệ thống tự động hóa của mình. Có nhiều tiêu chuẩn truyền thông mạng khác nhau; bao gồm các tiêu chuẩn độc quyền cụ thể theo từng hãng hỗ trợ đến các chuẩn giao thức mở.
Trong đó, giao thức mở cung cấp cho người sử dụng khả năng tương thích dễ dàng; nhờ vậy mà người sử dụng có thể tích hợp các sản phẩm khác nhau trên thị trường. Nghĩa là tiểu chuẩn mạng truyền thông theo giao thức mở sẽ cung cấp các thông tin kĩ thuật; bất kì ai cũng sẽ được sử dụng một cách tự do hoặc được cấp phép. Một trong những tiêu chuẩn mạng truyền thông sử dụng giao thức mở rất phổ biến trong công nghiệp điều khiển tự động hóa; đó là mạng truyền thông Modbus.
Vậy khái niệm mạng truyền thông Modbus như thế nào? Các loại Modbus và thiết bị ứng dụng truyền thông Modbus trên thị trường hiện nay là gì? Các bạn hãy cùng xem hết bài viết này nhé.
Truyền thông Modbus là gì?
Modbus là một chuẩn giao thức truyền thông công nghiệp được ra đời và phát triển bởi MODICON vào năm 1979; sau này trở thành chuẩn chính thức thuộc về Schneider Electrics vào năm 1996.
Truyền thông Modbus là một tiêu chuẩn truyền thông theo giao thức mở; nghĩa là ta có thể sử dụng tự do và miễn phí bản quyền. Tiêu chuẩn này nhanh chóng được sử dụng phổ biến nhờ vào khả năng truyền tải dữ liệu đi xa, tốc độ ổn định; và đặc biệt do là giao thức mở, nên cộng đồng sử dụng rất nhiều và ngày càng phát triển.
Thay vì đi dây tín hiệu truyền thống như trước đây để đọc các cảm biến Analog, Digital,..; thì truyền thông Modbus đã mở ra một kỉ nguyên mới giúp người kĩ sư có thể dễ dàng tích hợp các cảm biến đặt từ xa ngoài hiện trường đo lường, và truyền tải dữ liệu về trạm PLC chính với giao thức mở modbus.
Nguyên tắc hoạt động của modbus
Mạng Modbus sẽ hoạt động theo nguyên tắc Master – Slave hay còn gọi là “Chủ – Tớ”. Trong đó, một Master có thể kết nối được với một hay nhiều Slave.
Master thường là PLC, PC, DCS, hoặc là một SCADA, là thiết bị có thể đưa ra yêu cầu gửi dữ liệu đi hoặc đọc dữ liệu về lên một địa chỉ Slave. Slave thường là các thiết bị đo lường tại hiện trường như đồng hồ đo, cảm biến, các bộ chuyển đổi,…, sử dụng truyền thông modbus để nhận dữ liệu cũng như truyền dữ liệu về Master.
Trong mạng Modbus tiêu chuẩn, có một Master và tối đa 247 Slave, mỗi Slave có một địa chỉ Slave duy nhất từ 1 đến 247. Vậy cụ thể, khi truyền thông Modbus quá trình này sẽ diễn ra như thế nào ?
Trong truyền thông modbus, 1 Master sẽ gửi yêu cầu (Request) đến tất cả các Slave trong cùng một mạng; và các Slave sau khi nhận được Request từ Master sẽ trả về phản hồi (Response) đến Master.
Truy vấn Request
Trong từng hành động Request sẽ chia ra các yêu cầu như:
- Địa chỉ: 1 Master trước khi giao tiếp với Slave, phải xác định được nơi mà Master muốn truy xuất đến. Với một hệ thống modbus, sẽ có rất nhiều Slave, và mỗi Slave lúc này sẽ được định danh bằng 1 địa chỉ để Master sẽ gửi yêu cầu đến Slave tương ứng.
- Mã chức năng: là mã xác định Master sẽ làm gì với Slave. Master có thể đọc dữ liệu trên Slave, ghi dữ liệu lên Slave, đọc nhiều dữ liệu hoặc ghi nhiều dữ liệu lên Slave.
- Dữ liệu: Khi xác định được Master làm gì với Slave, ta cần xác định dữ liệu Master truy vấn đến Slave là gì. Dữ liệu được truy vấn bao gồm kiểu dữ liệu, vị trí chứa dữ liệu và loại dữ liệu.
- Trường kiểm tra lỗi: Là giá trị master tạo ra để xác minh nội dung gửi yêu cầu đi là chính xác
Truy vấn Response
Ở hành động Response của Slave (phản hồi), cũng có các tiêu chí như Master. Ngoại trừ function code như Request, phản hồi của Slave cũng sẽ bao gồm:
- Kiểm tra Request: kiểm tra yêu cầu từ Master là yêu cầu gì
- Dữ liệu: Nhận dữ liệu từ Master, hoặc nhận yêu cầu request lấy dữ liệu từ Master và Slave trả về kiểu dữ liệu và dữ liệu cần trả về cho Master
- Trường kiểm tra lỗi: trong truyền thông modbus, Slave cũng sẽ kiểm tra kết nối đã nhận được request từ master hay chưa. Nếu nhận được thì Slave sẽ response là kết nối thành công. Ngược lại, Slave sẽ trả về giá trị lỗi chưa kết nối được để Master nhận biết.
Nếu như bạn cảm thấy các khái niệm trên trong hành động Request (yêu cầu) của Master; hay Response (phản hồi) của Slave khô khan và khó hiểu; thì bạn có thể hiểu đơn giản như việc mua hàng giữa 1 cửa hàng và khách hàng. Khách hàng (Master) phải xác định địa chỉ cửa hàng; loại hàng cần đặt và hành động đặt hàng (đặt online hay mua trực tiếp) và xác nhận hàng đó có lỗi hay không ( nhầm loại hàng, lỗi vận chuyển, hàng không sử dụng được,..). Cửa hàng ( Slave ) sẽ nhận yêu cầu từ khách hàng (master) xác nhận là hành động mua hàng từ khách (đặt online hay mua trực tiếp) , loại hàng cần gửi đi, và kiểm tra hàng lỗi hay không trước khi bán.
Modbus RTU là gì ?
Modbus RTU là một loại chuẩn truyền thông của modbus, sử dụng đường truyền vật lý RS232 hoặc RS485 và mô hình dạng Master-Slave. Một mạng RTU có thể kết nối từ 32 đến 128 thiết bị.
Khi truyền thông với Modbus RTU, ta cần phải xác định các yếu tố sau:
- Master: Thường là PLC, DCS hoặc các bộ chuyển đổi, bộ hiển thị điều khiển,… có hỗ trợ chế độ Master với mạng RTU.
- Slave: Xác định Slave ID, tốc độ truyền (baudrate) của slave để master có thể kết nối với slave đó
- Data: Xác định ô nhớ thanh ghi cần lấy hay đọc giữa liệu và kiểu dữ liệu đó là gì
- Function Code: Là mã xác định giao tiếp giữa master là gì.
Modbus TCP-IP là gì ?
Modbus TCP/IP là một biến thể của giao thức Modbus; được sử dụng để truyền thông tin dữ liệu qua mạng TCP/IP, kết nối qua cổng 502. Nói một cách khác, nó giống như là một thông điệp của Modbus RTU được truyền bằng trình bao bọc TCP/IP và được gửi qua mạng Ethernet (RJ45) thay vì các đường truyền nối tiếp (RS232/RS485).
Thay vì truyền nhận dữ liệu giữa Master/ Slave như Modbus RTU, Modbus TCP-IP truyền nhận tín hiệu giữa Server/ Client thông qua ô nhớ thanh ghi.
- Lưu ý khi sử dụng Modbus TCP/IP, ta phải định danh IP cho các thiết bị trong hệ thông phải cùng một lớp mạng, và độc lập phân biệt nhau qua địa chỉ cuối (ví dụ 192.168.1.1 168.1.2)
Modbus Gateway là gì ?
Modbus gateway là một thiết bị dành riêng để kết nối các thiết bị Modbus TCP và các thiết bị Modbus RTU / ASCII. Nó còn được gọi là cổng giao tiếp Ethernet. Chức năng chính của Modbus gateway là chuyển đổi giữa Modbus RTU / ASCII và Modbus TCP.
Modbus gateway hoạt động như một thiết bị trung gian, chuyển đổi dữ liệu từ Modbus RTU sang Modbus TCP và ngược lại. Việc này rất hữu ích khi các thiết bị chỉ hỗ trợ một trong hai giao thức hoặc khi cần kết nối giữa các mạng khác nhau. Vì vậy hệ thống chúng ta có thể mở rộng một cách dễ dàng nhờ vào sự linh hoạt giữa Modbus TCP/IP và Modbus RTU.
Chức năng của 1 Gateway Modbus
Trong một hệ thống tự động hóa, sẽ luôn có các thiết bị một số sẽ có đầu ra Modbus RTU, và một số thiết bị hỗ trợ đầu ra TCP-IP. Các thiết bị không thể giao tiếp trực tiếp với nhau vì chúng không nằm trên cùng một giao thức. Modbus RTU là giao thức Nối tiếp, trong khi Modbus TCP là giao thức dựa trên Ethernet. Bạn cần một cái gì đó sẽ chuyển đổi dữ liệu từ thiết bị Modbus TCP sang Modbus RTU và ngược lại.
Và bộ Modbus gateway sẽ giải quyết được vấn đề trên. Chúng cho phép chuyển đổi từ Modbus RTU sang Modbus TCP; đây sẽ là một giải pháp tuyệt vời cho yêu cầu này. Cổng đọc dữ liệu từ các thiết bị đo trên giao thức Modbus RTU. Các thiết bị có đầu ra RTU thông thường sẽ đặt tại hiện trường để đo đạc; sau đó gửi tín hiệu về các gateway modbus để chuyển sang tín hiệu TCP-IP gửi lên hệ thống SCADA như PLC,DCS để giám sát.
Để nói chi tiết hơn về Gateway Modbus, bạn có thể tìm hiểu thiết bị gateway là R-KEY-LT rất mạnh mẽ trong tự động hóa đến từ Hãng Seneca- Italy (một trong những hãng của châu âu hàng đầu thế giới về bộ chuyển đổi tín hiệu) và công năng chi tiết của các gateway này.
Module Gateway Modbus R-KEY-LT
Mình sẽ đi qua sơ bộ về các thông tin kĩ thuật của Gateway Modbus R-KEY-LT của Seneca; qua đó các bạn có thể hiểu hơn về chức năng của thiết bị này.
Thông số kỹ thuật R-KEY-LT :
- Nguồn cấp: 10 à 40Vdc, 19à28 Vac
- Công suất tiêu thụ: tối đa 1W
- Nhiệt độ hoạt động: -20 à 700C
- Cổng kết nối: 7-way removable screw terminal, 5mm pitch; 2-way removable screw terminal, 5mm pitch; RJ45 ở mặt phía dưới Model cho kết nối Ethernet
- Kích thước: 32 x 90 x 53 mm
- Khối lượng: 80g
- Lăp đặt: Din Rail (IEC EN 60715)
- Giao tiếp:
- Ethernet Ports: 1 cổng RJ45; hỗ trợ tối đa 8 TCP-IP Clients, 10 TCP/IP Server
- Serial Ports: 1 cổng RS232 hoặc RS485, tốc độ truyền tối đa lên đến 115kbps
- Giao thức truyền thông: Modbus TCP-IP; Modbus RTU/ ASCII
- Chế độ hoạt động: Modbus Gateway Ethernet to Serial (PORT#1); Modbus Tags Gateway Ethernet to Serial (PORT#1 AND PORT#2 MASTER); Modbus Tags Gateway Ethernet to Serial (PORT#1 AND PORT#2 SLAVE); Serial device server (PORT #1)
Qua thông số kĩ thuật mình đã list ra, có lẽ anh em kĩ thuật sẽ thấy R-KEY-LT sẽ là một gateway rất phù hợp cho hệ thống của mình. Bởi khả năng hỗ trợ chuyển đổi Modbus TCP-IP, Modbus RTU linh hoạt. Về truyền thông Modbus RTU, R-KEY-LT có thể đọc ghi tối đa lên tới 128 thiết bị Slaves. Còn số lượng truyền thông TCP-IP lên đến 8 Clients / 10 Server, nên dễ dàng luân chuyển lượng data lớn như vậy từ Modbus RTU Slaves lên nhiều trạm TCP-IP Clients/ Server để giám sát. Với những ưu điểm trên, R-KEY-LT đóng vai trò quan trọng trong hệ thống truyền thông Modbus.
Mua bộ chuyển đổi Gateway Modbus R-KEY-LT ở đâu?
Bộ chuyển đổi Gateway Modbus R-KEY-LT đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trong một hệ thống tự động hóa lớn của bạn: về khả năng kết nối và lưu trữ thanh ghi nhiều thiết bị, chuyển đổi dễ dàng TCP-IP qua cổng Ethernet để đưa về trạm giám sát. Vậy không có lí do gì bạn không lựa chọn R-KEY-LT cho hệ thống của mình cả! Vậy mua R-KEY-LT ở đâu?
Bộ chuyển đổi Gateway Modbus của Seneca được phân phối độc quyền bởi công ty Kỹ Thuật Tự Động Hưng Phát tại Việt Nam. Các bạn hãy tiếp tục theo dõi trên page để xem tiếp các bài viết chi tiết về cách cài đặt cũng như truyền thông Gateway với PLC và các thiết bị Slave khác. Nếu như bạn muốn liên hệ mua sản phẩm, hãy liên hệ theo thông tin bên dưới, đội ngũ kĩ thuật bên mình sẽ ngay lập tức hỗ trợ và tư vấn cho bạn về sản phẩm này.
Rất cảm ơn các bạn vì đã theo dõi bài viết, chúc các bạn may mắn và thuận lợi trong công việc!
