Modbus là gì
Nếu bạn là một kỹ thuật viên, và bạn đang muốn tìm một giao thức dễ sử dụng; một giao thức nối tiếp để thực hiện giao tiếp với các thiết bị của mình thì giao thức modbus có thể giúp bạn thực hiện điều đó. Vậy, Chúng ta hãy cùng tìm hiểu xem giao thức Modbus là gì? Và Modbus có giống với các giao thức khác hay không?
Chính xác thì Modbus là gì?
- Modbus là một giao thức truyền thông được phát triển vào năm 1979, bởi Modicon (nay là Schneider Electric); và đang được tổ chức Modbus duy trì. Về mặt công nghệ, Modbus là một giao thức truyền thông nối tiếp.
- Nói cách khác, Modbus là một cách để các thiết bị công nghiệp điện tử giao tiếp với nhau. Nó cho phép thông tin được truyền qua các đường nối tiếp giữa các thiết bị điện tử. Các thiết bị có thể yêu cầu thông tin, cũng như cung cấp.
- Các thiết bị yêu cầu thông tin sử dụng Modbus được gọi là Modbus Master; các thiết bị cung cấp thông tin Modbus được gọi là Modbus Slaves. Có thể có 1 Master trên mỗi mạng Modbus, nhưng có 247 Slaves. Mỗi Slave có một địa chỉ duy nhất của riêng chúng.
Mặc dù đã xuất hiện từ lâu, nhưng Modbus vẫn là một trong những giao thức được sử dụng phổ biến nhất. Chính vì sự đơn giản và độ tin cậy cao, hơn hết là nó được trang bị miễn phí; điều đó đã khiến Modbus trở thành một giao thức được lựa chọn cho nhiều nhà cung cấp phần cứng và phần mềm tự động hóa.
Vậy, Modbus được hoạt động như thế nào?
Giao thức Modbus trao đổi thông tin bằng cách sử dụng cơ chế trả lời yêu cầu giữa thiết bị thụ động (Slave ) và Thiết bị chủ (Master) . Nguyên tắc Master-Slave là một mô hình cho giao thức truyền thông; trong đó một Master điều khiển một hoặc nhiều Slave. Trong một mạng Modbus tiêu chuẩn có 1 Master và tối đa 31 Slave.
Nguyên tắc Master-Slave có những đặc điểm sau:
- Chỉ có thiết bị Master được kết nối mạng.
- Chỉ có thiết bị Master mới có quyền giao tiếp và gửi yêu cầu cho các slave.
- Modbus có thể gửi yêu cầu đến từng thiết bị Slave , bằng cách sử dụng địa chỉ cụ thể của nó; hoặc tất cả các Slave đồng thời sử dụng địa chỉ 0.
- Các Slave chỉ được gửi câu trả lời cho thiết bị Master.
- Các Slave không thể khởi tạo một kết nối riêng với thiết bị Master hoặc với thiết bị Slave khác.
Chế độ giao tiếp Master- Slave
Modbus trao đổi thông tin bằng 2 cách thức giao tiếp là unicast và broadcast.
- Chế độ Unicast: Thiết bị Master thiết lập 1 yêu cầu và gửi cho thiết bị Slave bằng cách sử dụng địa chỉ cụ thể của Slave.
Hình 1: Giao tiếp kiểu Unicast
- Chế độ Broadcast: Thiết bị Master sẽ gửi yêu cầu đến toàn bộ các thiết bị Slave bằng cách thiết lập địa chỉ gửi đi toàn là 0. Loại trao đổi này được gọi là Broadcast. Khi đó các thiết bị slave sẽ không trả lời tin nhắn quảng bá này.
Hình 2: Giao tiếp kiểu Broadcast
Modbus có giống với giao thức RS-485?
Có nhiều phiên bản khác nhau của Modbus được sử dụng để giải quyết các nhu cầu cụ thể. Ví dụ: Modbus TCP được sử dụng cho Ethernet, Modbus RTU và Modbus ASCII cho các thiết bị nối tiếp. Trong đó, giao thức Modbus được sử dụng phổ biến nhất RTU trên RS-485.
- Modbus RTU là một giao thức nối tiếp đơn giản có thể truyền qua công nghệ UART truyền thống. Dữ liệu được truyền theo byte – 8 bit, mỗi lần 1 bit với tốc độ baud dao động từ 1200bit/s – 115200 bit/s. Các thiết bị Modbus RTU hỗ trợ tốc độ lên tới 38400 bit/s.
- Một trong những lý do mà giao tiếp RS485 được sử dụng trong cài đặt công nghiệp là khả năng mở rộng thiết bị, tính năng dễ sử dụng của nó.
- Modbus RTU cần ít bộ nhớ hơn và có thể điều chỉnh kích thước cần thiết trên bộ xử lý CPU.
Modbus TCP là gì?
- Modbus TCP làm cho định nghĩa Master-Slave bị hoán đổi, vì Ethernet cho phép giao tiếp ngang hàng. Trong mạng TCP, thiết bị Slave trở thành máy chủ và thiết bị Master thành máy khách. Khi đó có thể có nhiều hơn một máy khách lấy dữ liệu từ một máy chủ.
- Nó được sử dụng trên các mạng TCP/ IP hiện đại, có 2 cách thức triển khai Modbus TCP:
-
- Modbus RTU qua TCP, đơn giản chỉ là sử dụng TCP làm lớp vận chuyển cho các thông điệp RTU.
- Modbus TCP bình thường và có một số thay đổi trong định dạng tin nhắn
Do Modbus sử dụng mạng Ethernet; nên tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nhiều so với RTU sử dụng các liên kết nối tiếp. Hạn chế là giao thức TCP/ IP không hỗ tốt một số thiết bị trong công nghiệp; nơi Modbus RTU sẽ hoạt động tốt.
Modbus ASCII là gì?
Modbus ASCII hoạt động tương tự Modbus RTU, nhưng nó sử dụng mã hóa dữ liệu dựa trên văn bản. Điều này làm cho các yêu cầu và phản hồi có thể đọc được. Đây là lợi ích chính so với RTU. Tuy nhiên, nó lại kém hiệu quả hơn, vì tin nhắn dài gấp đôi. Do đó, Modbus ASCII chỉ được sử dụng để thực nghiệm nên hiếm khi được sản xuất.
Hạn chế của Modbus RTU và ASCII
Mặc dù hai giao thức này đều có yêu cầu thấp và đơn giản khi sử dụng; nhưng chúng cũng có một số nhược điểm:
- Trên một hệ thống chỉ có 1 máy chủ Master
- Thiết lập giao tiếp chỉ có ở máy chủ Master với các máy thụ động Slave. Phương thức giao tiếp 1 chiều.
- Điều này là do không có cơ chế kiểm soát truy cập phương tiện và do tránh va chạm
- Khó khăn trong việc hỗ trợ nhiều thiết bị Slave với các liên kết nối tiếp như RS-485. Trên thực tế, chỉ có thể sử dụng nhiều hơn một vài chục thiết bị; bằng cách xây dựng một hệ thống phân cấp phức tạp.
- Băng thông của các liên kết nối tiếp được giới hạn ở 115200 baud. Điều này thấp hơn so với tiêu chuẩn hiện đại; nhưng vẫn hoạt động cho nhiều ứng dụng.
Lợi ích của Modbus trong công nghiệp
- Khi Modbus được tạo, nó được phát hành ra công chúng, biến nó thành một giao thức mở. Điều này có nghĩa là các công ty và nhà phát triển được phép triển khai nó trong mạng của họ. Cũng như được tích hợp vào các thiết bị của họ; mà không phải trả tiền bản quyền.
- Modbus trở thành giao thức được sử dụng phổ biến nhất cho các thiết bị công nghiệp điện tử giúp các thiết bị tự động hóa giao tiếp và điều khiển.
- Giao thức Modbus cho phép liên lạc nhanh chóng và hiệu quả giữa các thiết bị sử dụng giao tiếp serial.
- Modbus có thể kết nối hệ thống giám sát của các đơn vị có thiết bị đầu cuối từ xa; trong một hệ thống kiểm soát và thu thập dữ liệu giám sát.
Kết luận :
Modbus RTU sử dụng giao tiếp RS485 hoặc RS232. Modbus TCP sử dụng Ethernet. Nếu bạn muốn tìm kiếm một giải pháp điều khiển, bạn cần phải chọn mô hình phù hợp với giao diện điện của thiết bị mà bạn muốn kết nối.
Bài viết được tham khảo và chỉnh sửa từ trang kiến thức tự động hóa.
Một số sản phẩm switch công nghiệp hỗ trợ chuyển đổi serial sang Ethernet đang được HM-Telecom cung cấp.
Tham khảo thêm sản phẩm tại trang web: Hải Minh Telecom hoặc liên hệ với số 0978737698 để được tư vấn và hỗ trợ trực tiếp về sản phẩm.
Trân trọng cảm ơn!
