Tín hiệu Modbus là gì?

Với sự phát triển của ngành công nghiệp hóa – tự động hóa trong thời đại 4.0 như hiện nay, đòi hỏi các thiết bị công nghiệp phải đạt yêu cầu tối ưu, đặc biệt là yêu cầu về Modbus.

Giao thức Modbus, Chắc hẳn các bạn cũng đã từng nghe qua. Ứng dụng gì trong cuộc sống nói chung và trong ngành công nghiệp tự động nói riêng. Chúng ta hưởng lợi gì từ Modbus? Vậy giao thức modbus là gì? Nó có giống các giao thức truyền thông khác không?

Modbus là gì ?

Modbus do MODICON phát triển năm 1979, và chính thức thuộc về Schneider Electrics vào năm 1996. MODBUS đã nhanh chóng trở thành trở thành tiêu chuẩn truyền thông trong các ngành công nghiệp tự động hóa bởi tính ổn định, dễ dàng, thuận tiện và đặc biệt hơn nữa là MIỄN PHÍ và hiện được duy trì bởi tổ chức “modbus.org”.

Modbus là một giao thức truyền thông với nhiều thiết bị thông qua một cặp dây xoắn đơn. Ban đầu, ngành công nghiệp sử dụng các chuẩn RS232, RS485 để truyền thông. Modbus được sử dụng trên RS485 để đạt tốc độ cao hơn. Khoảng cách truyền xa hơn.

Nguyên tắc hoạt động của 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. Và “Slave” thường là các thiết bị cấp hiện trường.

Nói một cách dễ hiểu, nó là một phương pháp được sử dụng để truyền thông tin qua đường dây nối tiếp giữa các thiết bị điện tử. Thiết bị yêu cầu thông tin được gọi là Modbus Master và thiết bị cung cấp thông tin là Modbus Slaves.

Trong mạng Modbus tiêu chuẩn thường có 1 Master và tối đa 247 Slaves, mỗi Slave có 1 địa chỉ Slave duy nhất từ 1 đến 247. Master cũng có thể viết thông tin cho các Slave.

Mô hình nguyên tắc hoạt động của Master - Slave

Chức năng của Modbus

Modbus là một giao thức mở; vì nó xác định các quy tắc để tổ chức và giải thích dữ liệu. Nhưng vẫn đơn giản là một cấu trúc nhắn tin, độc lập với lớp vật lý bên dưới. Vì nó dễ hiểu, có sẵn miễn phí và có thể truy cập được cho mọi người. Do đó nó đã trở thành một giao thức rất phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất công nghiệp.

Nó được sử dụng trong các hệ thống kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA); để liên kết màn hình giám sát với các thiết bị đầu cuối từ xa (RTU).

Modbus được sử dụng để truyền tín hiệu từ các thiết bị và bảng điều khiển đến bộ điều khiển hoặc hệ thống thu thập thông tin.

Nó cho phép truyền tín hiệu liên lạc giữa nhiều thiết bị được liên kết trong cùng một mạng.

Phân loại chuẩn Modbus

Trong công nghiệp – tự động hoá có 03 loại Modbus thông dụng đó là Modbus RTU, Modbus ASCII, Modbus TCP/IP. Sự khác nhau giữa các loại Modbus:

Modbus RTU: mã hoá dạng nhị phân với 1 byte dữ liệu và một byte truyền thông có tốc độ truyền 9600 – 57600 baud.

Modbus ASC II: đươc mã hoá dạng hexadecimal – 4 bit , cần 2 byte truyền thông cho một byte thông tin.

Modbus TCP/IP: Modbus TCP là Modbus RTU qua internet hay còn gọi là Modbus IP tương ứng với một địa chỉ là một IP.

1. Modbus RTU

Modbus RTU được coi là phương tiện truyền thông phổ biến nhất trong công nghệ tự động hóa công nghiệp. Nó là phương pháp được sử dụng nhiều nhất để liên kết các thành phần; thiết bị, mạng, hệ thống điện tử công nghiệp.

Là một giao thức nối tiếp mở. được sử dụng trong giám sát và kiểm soát công nghiệp hiện đại. Giao thức sử dụng giao diện nối tiếp là RS-232 và RS-485 để truyền dữ liệu; và được hỗ trợ bởi các hệ thống như SCADA, HMI hay các chương trình thu thập dữ liệu khác.

2. Modbus TCP

Nó đơn giản là giao thức Modbus RTU và giao diện TCP chạy trên Ethernet.

TCP/IP đề cập đến Giao thức điều khiển truyền và Giao thức Internet, cung cấp phương tiện truyền cho tin nhắn Modbus TCP/IP.

Nói một cách đơn giản, TCP/IP cho phép các khối dữ liệu nhị phân được trao đổi giữa các máy tính. Nó cũng là một tiêu chuẩn trên toàn thế giới, đóng vai trò là nền tảng cho World Wide Web. Chức năng chính của TCP là đảm bảo rằng tất cả các gói dữ liệu được nhận chính xác; trong khi IP đảm bảo rằng các thông điệp được xử lý và định tuyến chính xác. Lưu ý rằng kết hợp TCP/IP chỉ là một giao thức truyền tải; và không xác định ý nghĩa của dữ liệu hoặc cách hiểu dữ liệu (đây là công việc của giao thức ứng dụng, Modbus trong trường hợp này).

3. Modbus ASCII

Mọi thông điệp được mã hóa bằng hexadecimal, sử dụng đặc tính ASCII 4 bit. Đối với mỗi một byte thông tin, cần có 2 byte truyền thông, gấp đôi so với MODBUS RTU hay MODBUS TCP. Tuy nhiên, MODBUS ASCII chậm nhất trong số 3 loại giao thức, nhưng lại phù hợp với modem điện thoại hay kết nối sử dụng sóng radio bởi ASCII sử dụng các tính năng phân định thông điệp. Nhờ tính năng phân định này, mọi rắc rối trong phương tiện truyền dẫn sẽ không làm thiết bị nhận dịch sai thông tin. Điều này rất quan trọng khi đề cập đến các giao thức truyền thông cho các modem cần độ chính xác thông tin cao, điện thoại di động, nhiễu âm thanh hay các phương tiện truyền thông chuyên dụng khác.

Lợi ích của Modbus mang lại

• Phát triển với các ứng dụng công nghiệp
• Dễ dàng triển khai và bảo trì
• Di chuyển các bits và words mà không đặt nhiều hạn chế với các nhà cung cấp.
• Là giao thức công khai,  miễn phí để tải xuống  và không có bản quyền.
• Cho phép liên lạc nhanh chóng và hiệu quả giữa các thiết bị trong mạng.
• Kết nối một hệ thống giám sát với các thiết bị đầu cuối từ xa trong một hệ thống kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu.