Giao thức Modbus RTU Là Gì?

1. Giao thức Modbus RTU Là Gì?

Modbus là một giao thức truyền thông nối tiếp ban đầu được Modicon (nay là Schneider Electric) xuất bản năm 1979 để sử dụng với các bộ điều khiển logic lập trình (PLC). Modbus đã trở thành một giao thức truyền thông tiêu chuẩn thực tế và hiện là phương tiện phổ biến để kết nối các thiết bị điện tử công nghiệp. Modbus phổ biến trong môi trường công nghiệp vì nó được xuất bản công khai và miễn phí bản quyền. Nó được phát triển cho các ứng dụng công nghiệp, tương đối dễ triển khai và bảo trì so với các tiêu chuẩn khác và đặt ra một vài hạn chế ngoài kích thước trên định dạng của dữ liệu được truyền.

Modbus cho phép liên lạc giữa nhiều thiết bị được kết nối với cùng một mạng, ví dụ, một hệ thống đo nhiệt độ và độ ẩm và truyền kết quả đến máy tính. Modbus thường được sử dụng để kết nối một máy tính giám sát với một thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) trong các hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA). Nhiều loại dữ liệu được đặt tên từ việc sử dụng logic Ladder trong ngành và sử dụng nó trong rơle lái xe: đầu ra vật lý một bit được gọi là cuộn dây và đầu vào vật lý một bit được gọi là đầu vào riêng biệt hoặc tiếp điểm.

Việc phát triển và cập nhật các giao thức Modbus đã được Tổ chức Modbus quản lý kể từ tháng 4 năm 2004, khi Schneider Electric chuyển giao quyền cho tổ chức đó. Tổ chức Modbus là một hiệp hội của người dùng và nhà cung cấp các thiết bị tuân thủ Modbus ủng hộ việc tiếp tục sử dụng công nghệ.

Giao thức Modbus RTU Là Gì

2. Ưu điểm, hạn chế và ứng dụng của giao thức Modbus RTU

2.1 Ưu điểm của giao thức Modbus RTU

- Các tín hiệu truyền trên 2 dây tín hiệu RS485 với khoảng cách truyền xa 1200m.

- Giảm tối thiểu dây kết nối vào PLC.

- Tiết kiệm một lượng lớn Modul mở rộng PLC.

- Giảm không gian lắp đặt do bộ chuyển đổi có thiết kế mỏng nhỏ gọn so với Modul mở rộng của PLC.

- Độ ổn định và ít nhiễu so với tín hiệu analog 4-20mA.

- Các Modul độc lập nhau nên quản lý dể dàng.

- Có thể dùng chung các hãng khác nhau có chuẩn Modbus RTU.

2.2 Hạn chế của giao thức Modbus RTU

- Do Modbus được thiết kế vào cuối những năm 1970 để giao tiếp với các bộ điều khiển logic khả trình, nên số lượng kiểu dữ liệu được giới hạn ở những loại được hiểu bởi PLC tại thời điểm đó. Đối tượng nhị phân lớn không được hỗ trợ.
- Do Modbus là giao thức chính / phụ, nên không có cách nào để thiết bị trường "báo cáo ngoại lệ" (ngoại trừ qua Ethernet TCP / IP, được gọi là open-mbus) - nút chính phải thường xuyên thăm dò từng thiết bị trường và tìm kiếm thay đổi trong dữ liệu. Điều này tiêu tốn băng thông và thời gian mạng trong các ứng dụng mà băng thông có thể đắt.

- Modbus bị hạn chế địa chỉ 254 thiết bị trên một liên kết dữ liệu, điều này giới hạn số lượng thiết bị trường có thể được kết nối với trạm chủ.

- Việc truyền Modbus phải liền kề nhau, điều này giới hạn các loại thiết bị liên lạc từ xa với những thiết bị có thể đệm dữ liệu để tránh các khoảng trống trong quá trình truyền.

- Bản thân giao thức Modbus không cung cấp bảo mật chống lại các lệnh trái phép hoặc chặn dữ liệu.

2.3 Ứng dụng của giao thức Modbus RTU

Giao thức Modbus RTU rất nhiều trong đời sống hiện nay, đơn giản nhất mà chúng ta có thể thấy đó chính là hệ thống nhà thông minh smarthome. Chỉ cần 1 chiếc điện thoại có kết nối internet, ta có thể điều khiển tất cả các thiết bị trong nhà, kể cả khi chúng ta không có mặt ở nhà.

Còn trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa, chúng ta có thể hình dung là có thể ngồi ở 1 nơi rất rất xa các thiết bị trong nhà máy, chỉ cần có kết nối internet, ta vẫn biết được thông tin về tình hình hoạt động trong nhà máy: nhiệt độ ra sao, áp suất thế nào?

Ứng dụng của giao thức Modbus RTU

3. Cấu tạo, nguyên lý và phân loại giao thức Modbus RTU

3.1 Cấu tạo của giao thức Modbus RTU

Cấu tạo của giao thức Modbus RTU

- Byte địa chỉ: xác định thiết bị mang địa chỉ được nhận dữ liệu (đối với Slave) hoặc dữ liệu nhận được từ địa chỉ nào (đối với Master). Địa chỉ này được quy định từ 0 - 254

- Byte mã hàm: được quy định từ Master, xác định yêu cầu dữ liệu từ thiết bị Slave.

- Byte dữ liệu: xác định dữ liệu trao đổi giữa Master và Slave.

- Đọc dữ liệu:

Master: 2 byte địa chỉ dữ liệu - 2 byte độ dài dữ liệu
Slave: 2 byte địa chỉ dữ liệu - 2 byte độ dài dữ liệu - n byte dữ liệu đọc được

- Ghi dữ liệu:

Master: 2 byte địa chỉ dữ liệu - 2 byte độ dài dữ liệu - n byte dữ liệu cần ghi
Slave: 2 byte địa chỉ dữ liệu - 2 byte độ dài dữ liệu

- Byte CRC: 2 byte kiểm tra lỗi của hàm truyền. cách tính giá trị của Byte CRC 16 Bit

3.2 Nguyên lý của giao thức Modbus RTU

Nguyên lý của giao thức Modbus RTU

- Modbus RTU hoạt động dựa trên nguyên tắc Master – Slave tức là một bên nhận (Master) và một bên truyền tín hiệu (Slave) thông qua địa chỉ thanh ghi. Phương thức truyền của Modbus RTU bằng đường truyền vật lý RS232 hoặc Modbus RTU RS485, Modbus TCP/IP thì truyền trên địa chỉ IT thông qua Internet.

- Bộ chuyển đổi Z-8AI nhận 8 tín hiệu analog dạng 4-20mA hoặc 0-10V chuyển sang Modbus RTU 2 dây trên nên tảng RS485 thông qua hệ Hexadecimal.