Bài tập lớn môn thiết kế ngoại vi và kĩ thuật ghép nối (15)

Thiết kế ngoại vi và
kỹ thuật ghép nối
Nhóm 14

Giao thức
MODBUS RTU

Thành viên nhóm:
Nguyễn Đức Tuấn Anh - B18DCDT006
Nguyễn Thanh Qúy - B18DCDT198
Phạm Việt Anh
- B18DCDT013
Trịnh Văn Kiên
- B18DCDT105
Đỗ Quang Minh
- B18DCDT150


Nội dung
Giới thiệu Modbus RTU
Tài nguyên Modbus RTU
Giao tiếp Modbus RTU

So sánh các loại Modbus
Ưu và nhược điểm

Ứng dụng của Modbus RTU


01
Giới thiệu về

Modbus RTU


Giới thiệu Modbus RTU

Các bản tin Modbus
RTU là một cấu trúc 16bit đơn giản với CRC
(Cyclic Redundant
Checksum)

02

01

03
Sử dụng đường truyền

Modbus RTU là một giao
thức nối tiếp mở,sử
dụng mơ hình Master /
Slave, được phát triển
bởi Modicon (nay là
Schneider Electric)

Modbus RTU 16 bit cơ
bản có thể được sử
dụng để đóng gói dưới
dạng dấu phẩy động,
bảng, văn bản ASCII,
hàng đợi và các dữ liệu

không liên quan khác.

vật lý RS-232 hoặc RS485 để truyền thơng và
được hỗ trợ cho mọi
chương trình phần mềm
thu thập dữ liệu SCADA,
HMI, OPC Server và
chương trình thu thập dữ
liệu thương mại trên thị
trường.


02
Tài nguyên
Modbus RTU


Tài nguyên Modbus RTU

1. Lịch sử Modbus RTU
• Modbus bắt nguồn trong cuối những
năm 70 thế kỷ trước.Khi nhà sản
xuất PLC Modicon phát hành giao
diện truyền thông Modbus cho mạng
multidrop dựa trên kiến trúc
master/client.

• Modbus interface ban đầu chạy trên
RS-232, nhưng các thực hiện
Modbus sau nhất dùng RS-485 vì nó

cho phép khoảng cách lớn, tốc độ
cao và khả năng của một mạng multidrop thực sự.


Tài nguyên Modbus RTU

2. Tại sao Modbus lại phổ biến như
vậy?

•

Modbus sử dụng tài nguyên bộ
xử lý hoặc RAM khá ít, do đó khá
quan trọng trong những năm đầu
của quá trình tự động hóa cơng
nghiệp
• Kiểm tra CRC và LRC có nghĩa là
lỗi đường truyền được kiểm tra
chính xác đến 99%.


03
Giao tiếp
Modbus RTU


Giao tiếp Modbus RTU

1. Giao thức Modbus
Modbus là một giao thức truyền thơng ở tầng Application theo mơ hình OSI, hỗ

trợ giao tiếp theo mơ hình client/server giữa các thiết bị kết nối trong nhiều loại
bus hoặc mạng khác nhau.

Enter Text

Enter Text
Enter Text

Cấu trúc nối mạng Modbus


Giao tiếp Modbus RTU

1. Giao thức Modbus
Các dạng modbus phổ biến nhất được dử dụng ngày nay là:
- Modbus/ASCII
- Modbus/RTU
- Modbus/TCP

Một số kết nối khác


Giao tiếp Modbus RTU

2. Modbus RTU
Cách Modbus RTU thực hiện truyền thơng
•
•
•

Giao thức Modbus RTU là một giao thức mở. Sử dụng đường truyền vật lý RS232 hoặc RS485 tốc độ từ 1200 đến 115000 baud
Modbus RTU có mơ hình dạng Master – Slave. Mỗi thiết bị trong mạng modbus
được cung cấp một địa chỉ duy nhất.
Frame truyền từ Master đến các Slave có chứa ID định danh của thiết bị slave
(1 đến 247). Tất cả các Slave đều nhận, nhưng chỉ có thiết bị nào có cùng ID
trong frame truyền mới phản hồi về Master.

Truyền thông Master – Slave


Giao tiếp Modbus RTU

2. Modbus RTU
Cấu trúc bản tin Modbus RTU
•

Một bản tin Modbus RTU bao gồm: 1 byte địa chỉ - 1 byte mã hàm - n byte dữ
liệu - 2 byte CRC

Bản tin Modbus


Giao tiếp Modbus RTU

- Byte địa chỉ: dùng để xác định thiết bị mạng 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. Ví dụ mã 01: đọc dữ liệu lưu trữ dạng Bit, 03: đọc dữ liệu tức thời dạng
Byte, 05: ghi dữ liệu 1 bit vào Slave, 15: ghi dữ liệu nhiều bit vào Slave …

- Byte dữ liệu: xác định dữ liệu trao đổi giữa Master và Slave.
- Byte CRC: 2 byte kiểm tra lỗi của hàm truyền và cách tính giá trị của Byte CRC
16 Bit


Giao tiếp Modbus RTU

2. Modbus RTU
Địa chỉ Modbus RTU


Giao tiếp Modbus RTU

3, Nguyên tắc hoạt động của MODBUS RTU
Để kết nối với thiết bị Slave, Master sẽ gửi một thơng điệp có:

Địa chỉ thiết bị

Là một con số từ 0 đến 247.
Thông điệp được gửi tới địa
chỉ 0 có thể được tất cả các
slave chấp nhận, nhưng các
con số từ 1-247 là các địa chỉ
của các thiết bị cụ thể

Mã chức năng

Phụ thuộc vào
thiết bị

Dữ liệu

Kiểm tra lỗi

Xác định địa chỉ
trong bộ nhớ thiết bị
hay chứa các giá trị
dữ liệu được viết
trong bộ nhớ thiết bị

Là một giá trị bằng
số 16 bit biểu diễn
kiểm tra dự phịng
tuần hồn (CRC)


Giao tiếp Modbus RTU

3, Nguyên tắc hoạt động của MODBUS RTU
 MODBUS có tới 255 mã chức năng, nhưng 1 (cuộn cảm đọc),
2 (đầu vào rời rạc đọc), 3 (bộ ghi Holding đọc), và 4 (bộ ghi
đầu vào đọc) là các chức năng đọc được sử dụng phổ biến
nhất
Thí dụ, để đọc 3 từ 16 bit dữ liệu analog từ bản đồ bộ nhớ của thiết bị 5, Master sẽ gửi một
yêu cầu như sau: 5 04 2 3 CRC
Trong đó, 5 là địa chỉ thiết bị, 04 đọc bộ ghi đầu vào, 2 là địa chỉ khởi đầu (địa chỉ 30,002), 3
là để đọc 3 giá trị dữ liệu kề nhau xuất phát từ địa chỉ 30,002, và CRC là giá trị kiểm tra lỗi
thông điệp này. Thiết bị tớ, ngoài việc nhận dữ liệu này, sẽ gửi lại một trả lời như sau: 5 04
aa bb cc CRC

Giao tiếp Modbus RTU

4, Biểu diễn dữ liệu Modbus RTU
Không có phương pháp
nào để tự động nhận
dạng tốc độ truyền.

Việc biểu diễn dữ liệu
rất đơn giản, Bit ít
quan trọng nhất được
gửi và nhận trước

Chỉ có hai kiểu dữ liệu trong
Modbus: cuộn và thanh ghi.
Các cuộn dây chỉ đơn giản
là các bit đơn. Các bit có
thể BẬT (1) hoặc TẮT (0).

Thanh ghi được nhóm thành Thanh ghi đầu
vào và Thanh ghi giữ, Thanh ghi đầu vào
báo cáo trạng thái của một số đầu vào bên
ngoài dưới dạng giá trị từ 0 đến 65535

Các thanh ghi giữ ban đầu được thiết
kế để lưu trữ chương trình tạm thời cho
các thiết bị như bộ điều khiển Modbus
Các gói Modbus RTU chỉ nhằm mục
đích gửi dữ liệu

04
So sánh các
loại ModBus


So sánh các loại Modbus
Trong công nghiệp – tự động hố có 03 loại Modbbus
thơng dụng 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
thơng có tốc độ truyền 9600 – 57600 baud.



Modbus ASCII: 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
Modbbus IP tương ứng với một địa chỉ là một IP.


05
Ưu điểm và
nhược điểm

Ứng dụng của Modbus RTU

Ưu điểm

Nhược điểm

-

Khoảng cách tối đa là
1200m

-

-

Giảm tối thiểu dây kết nối
vào PLC => giảm modul
PLC => giảm chi phí

Tín hiệu khơng nhanh
bằng việc dùng trực tiếp
như analog hoặc Digital

-

Phù hợp cho điều khiển
có thời gian đáp ứng 1s
trở xuống

-

Cần PLC hay Scada có
cấu hình đủ mạnh để
thực hiện quản lý nhiều
thiết bị đo lường, công
nghiệp.

-

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

-

Độ ổn định và ít nhiễu so
với tín hiệu analog 420mA

-

Các Modul độc lập nhau
nên quản lý dể dàng


06
Ứng dụng của
Modbus RTU

Ứng dụng của Modbus RTU

Sử dụng chuẩn truyền thông Modbus RTU:
 Giúp kết nối tất cả các thiết bị ( max
128 địa chỉ ) trên 2 dây tín hiệu RS485
 Dữ liệu từ analog truyền về máy
tính thơng qua 2 dây RS485
 Các tín hiệu mắc song song nhau truyền
vào Gateway để truyền lên internet thông
qua Modul R-Key hoặc Z-key


Ứng dụng của Modbus RTU

Ứng dụng Modbus RTU trong công nghiệp

 Trong nhà máy, có rất nhiều thiết bị cảm biến, đo lường: Cảm biến độ ẩm, cảm biến
áp suất, cảm biến nhiệt độ Pt100. Chưa kể đến các thiết bị công nghiệp nặng khác.
Không thể kéo mỗi dây nguồn, tín hiệu từ trung tâm giám sát, PLC (Master) tới các
thiết bị chức năng đó (Slave).


Truyền thông Modbus RTU trong công nghiệp

Giải pháp: Ta chỉ cần kéo dây 4 lõi: 2 cho nguồn, 2 cho tín hiệu truyền thơng Mobus RTU. Như
vậy là đủ để cấp nguồn và truyền thơng các tín hiệu ON/OFF, đo lường từ các Slave về PLC, hay trung tâm
giám sát. Với mỗi Slave ta chỉ việc đặt ID cho chúng. Thực tế rất tiết kiệm chi phí, giám sát theo thời gian
thực, dễ thi công và quản lý.