Truyền thông Modbus

  • Th11, T6, 2024
  • Admin
  • IOT
  • 0
  • 0 views
  • 10 minutes Read

Modbus là một giao thức truyền thông phổ biến, đặc biệt trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Được phát triển vào năm 1979 bởi Modicon (hiện thuộc Schneider Electric), Modbus cho phép các thiết bị điện tử giao tiếp với nhau qua một mạng truyền thông. Nó rất phổ biến trong các hệ thống điều khiển công nghiệp vì tính đơn giản, dễ triển khai và khả năng tương thích với nhiều loại thiết bị khác nhau.

Phụ lục nội dung

Giao thức Modbus

Modbus là một giao thức truyền thông phổ biến, đặc biệt trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Được phát triển vào năm 1979 bởi Modicon (hiện thuộc Schneider Electric), Modbus cho phép các thiết bị điện tử giao tiếp với nhau qua một mạng truyền thông. Nó rất phổ biến trong các hệ thống điều khiển công nghiệp vì tính đơn giản, dễ triển khai và khả năng tương thích với nhiều loại thiết bị khác nhau.

Đặc điểm của Modbus

Kiến trúc hệ thống Modbus

MODBUS hoạt động theo nguyên tắc “Master – Slave” hay còn gọi là “Chủ – Tớ”. Một Master có thể kết nối được với một hay nhiều “Slave”. “Master” thường là PLC, PC, DCS, RTU hay SCADA. “Slave” thường là các thiết bị cấp hiện trường. 

  • Giao thức mở: Modbus là giao thức mở, không phụ thuộc vào một nhà cung cấp nhất định, cho phép nó được sử dụng rộng rãi với nhiều thiết bị và phần mềm khác nhau.
  • Đa dạng về phương thức truyền: Modbus hỗ trợ nhiều phương thức truyền khác nhau, bao gồm Modbus RTU, Modbus ASCII và Modbus TCP/IP, phù hợp cho cả mạng nối tiếp và mạng IP.
  • Mô hình Master-Slave: Modbus thường hoạt động theo mô hình Master-Slave, trong đó một thiết bị chính (Master) sẽ gửi yêu cầu tới một hoặc nhiều thiết bị phụ (Slave), và các thiết bị này sẽ phản hồi tương ứng.
  • Dữ liệu đơn giản: Modbus truyền dữ liệu dưới dạng đơn giản, như các bit và từ 16-bit (word), giúp dễ dàng trao đổi dữ liệu trạng thái và điều khiển trong hệ thống.

Các phiên bản Modbus

Modbus RTU (Remote Terminal Unit)

  • Hoạt động trên các mạng nối tiếp (serial), chẳng hạn như RS-232, RS-485.
  • Sử dụng phương thức truyền nhị phân, mỗi byte dữ liệu có 8 bit.
  • Có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn Modbus ASCII, vì dữ liệu được truyền ở dạng nhị phân.
  • Kiểm tra lỗi CRC (Cyclic Redundancy Check) để đảm bảo dữ liệu không bị lỗi trong quá trình truyền.

Modbus ASCII

  • Cũng hoạt động trên các mạng nối tiếp như RS-232, RS-485.
  • Dữ liệu được truyền dưới dạng mã ASCII, với mỗi byte dữ liệu là hai ký tự ASCII.
  • Do phải mã hóa dữ liệu, Modbus ASCII có tốc độ chậm hơn so với Modbus RTU.
  • Kiểm tra lỗi bằng LRC (Longitudinal Redundancy Check).

Modbus TCP/IP

  • Modbus TCP/IP chạy trên nền tảng mạng IP, thường được sử dụng trong các hệ thống mạng Ethernet.
  • Không cần kiểm tra lỗi vì mạng IP đã có các phương thức kiểm tra và sửa lỗi riêng.
  • Cơ chế truyền tải nhanh, phù hợp cho các ứng dụng hiện đại và kết nối các thiết bị trên quy mô rộng.
  • Các địa chỉ thiết bị được xác định bằng địa chỉ IP thay vì địa chỉ truyền thống của Modbus RTU/ASCII.

Phương thức truyền thông Modbus

  • Master-Slave: Trong một mạng Modbus RTU hoặc ASCII, chỉ có một thiết bị Master có thể chủ động gửi yêu cầu. Các thiết bị Slave sẽ chỉ phản hồi khi có yêu cầu từ Master. Với Modbus TCP/IP, có thể sử dụng mô hình Client-Server tương tự, nhưng Client có thể gửi yêu cầu đến Server qua mạng TCP/IP.
  • Địa chỉ thiết bị: Trong Modbus RTU và ASCII, mỗi thiết bị Slave được gán một địa chỉ từ 1 đến 247, còn Modbus TCP/IP sử dụng địa chỉ IP để nhận diện thiết bị.

Các loại hàm trong Modbus

Modbus hỗ trợ nhiều loại hàm để thực hiện các thao tác đọc, ghi dữ liệu. Một số hàm phổ biến bao gồm:

  • Hàm 1 (Read Coils): Đọc các giá trị của các bit đầu ra.
  • Hàm 2 (Read Discrete Inputs): Đọc giá trị của các bit đầu vào.
  • Hàm 3 (Read Holding Registers): Đọc giá trị của các thanh ghi lưu trữ.
  • Hàm 4 (Read Input Registers): Đọc giá trị của các thanh ghi đầu vào.
  • Hàm 5 (Write Single Coil): Ghi giá trị cho một bit đầu ra.
  • Hàm 6 (Write Single Register): Ghi giá trị cho một thanh ghi.

Ứng dụng của Modbus

Modbus rất phổ biến trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp, điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA), và điều khiển thiết bị từ xa. Một số ứng dụng tiêu biểu:

  • Điều khiển thiết bị: Sử dụng trong hệ thống điều khiển PLC để giám sát và điều khiển thiết bị công nghiệp.
  • Giám sát từ xa: Modbus TCP/IP cho phép giám sát thiết bị qua mạng IP từ xa, thường thấy trong các hệ thống điện, HVAC, xử lý nước và hệ thống bảo mật.
  • Thu thập dữ liệu: Thu thập và ghi nhận dữ liệu từ nhiều thiết bị trong hệ thống tự động hóa.

Ưu điểm của Modbus

  • Đơn giản và dễ triển khai: Do thiết kế đơn giản, dễ dàng để cài đặt và bảo trì.
  • Phổ biến và tương thích rộng: Được nhiều thiết bị hỗ trợ.
  • Chi phí thấp: Do là giao thức mở, không mất phí bản quyền.

Nhược điểm của Modbus

  • Khả năng bảo mật hạn chế: Thiếu các cơ chế bảo mật tiên tiến, dễ bị tấn công trong môi trường mở.
  • Tốc độ và dung lượng hạn chế: Tốc độ truyền dữ liệu không cao so với các giao thức mới hơn.
  • Giới hạn địa chỉ: Chỉ hỗ trợ 247 thiết bị trong mạng Modbus RTU/ASCII.

Modbus là một lựa chọn rất tốt cho các ứng dụng công nghiệp đơn giản và quy mô nhỏ, hoặc những hệ thống mà các giao thức phức tạp hơn không cần thiết.