Giao thức công nghiếp Modbus

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
1
3/11/2015
BÀI GIẢNG
Nguyễn Thị Huế
Bộ môn Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
2
3/11/2015
NỘI DUNG MÔN HỌC
1
2
5
Giới thiệu chung và lịch sử phát triển của các hệ thống đo
và điều khiển công nghiệp
Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp
Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp
3
4
7
Các bộ điều khiển khả trình
Các thiết bị giám sát trong công nghiệp
Một số hệ thống công nghiệp thực tế
6
Các giao thức công nghiệp tiêu biểu
 Giáo trình “Màng thông tin công nghiệp” Hoàng Minh Sơn, nhà
xuất bản Khoa học và Kĩ thuật
 Giáo trình “Hệ thống thông tin công nghiệp’ Phạm Thượng Hàn
(chủ biên) Nhà xuất bản giáo dục
 Giáo trình “Cảm biến công nghiệp”

 Bài giảng “ Đo và điều khiển công nghiệp” Đào Đức Thịnh, bộ
môn Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp.
 ….
3
3/11/2015
Tài liệu tham khảo
4
3/11/2015
NỘI DUNG CHƯƠNG 6
6
Các giao thức công nghiệp tiêu biểu
1. MODBUS
2. AS-I
3. PROFIBUS
2. CAN
5. DEVICE NET
6. INTERBUS
7. FOUNDATION FIELDBUS
8. ETHERNER
 Trong quá trình trao đổi
thông tin trên mạng, các đối
tác truyền thông cần thiết
phải tuân theo các quy tắc
thủ tục chung để phục vụ
cho việc giao tiếp gọi là
giao thức, giao thức chính là
cơ sở cho việc thực hiện và
sử dụng các dịch vụ truyền
thông
5

3/11/2015
Khái niệm chung về giao thức
 Giao thức thiết lập một tiêu chuẩn chung cho việc trao đổi dữ
liệu giữa phần thu và phát trên mạng
 Điều khiển một khung bản tin chung cho tất cả các thiết bị trên
mạng
6
3/11/2015
Khái niệm chung về giao thức
 Khởi tạo: Phần này khởi tạo các thông số của giao thức và bắt đầu truyền dữ
liệu trên đường truyền
 Tạo khung và đồng bộ khung: Phần này định nghĩa thời điểm khởi đầu và thời
điểm kết thúc của khung để bên nhận có thể đồng bộ dữ liệu khi nhận.
 Điều khiển luồng dữ liệu: để đảm bảo rằng với tốc độ này thì bên thu có thể
nhận số liệu mà không bị thiếu.
 Điều khiển truy cập đường truyền.
 Phát hiện và sửa lỗi.
 Điều khiển Time Out: áp dụng với các bộ truyền khi nó không nhận được dữ
liệu trong khoảng thời gian định trước và bộ nhận không thể nhận được các
bản tin trước đó.
Quá trình xử lí giao thức có thể là mã hoá hoặc giải mã, như vậy việc xử lí giao
thức chính là việc thực hiện một quá trình truyền thông dựa trên cơ sở của giao
thức định sẵn.
7
3/11/2015
Quy định một giao thức
 Đơn giản nhất, có thể dễ khắc phục sự cố:
 Công nghiệp đòi hỏi hoạt động liên tục
 Mức độ yêu cầu của các hệ thống truyền thông công nghiệp ở
cấp độ phân xưởng là ở cấp thấp.

 Chọn các giao thức đơn giản nhất có thể, ví dụ giao thức ASCII.
 Tính bảo toàn dữ liệu khi truyền là cao
 Trong môi trường công nghiệp có rất nhiều nhiễu điện từ
 Các thiêt bị công suất lớn tập trung với mật độ cao
 Cần thiết phải truyền số liệu sao cho không có lỗi
 Giao thức được chọn phải có khả năng kiểm soát lỗi hiệu quả
chẳng hạn như phương pháp soát lỗi CRC.
8
3/11/2015
Các yêu cầu cho các giao thức công nghiệp
 Chuẩn hoá các giao thức:
 Xuất phát từ yêu cầu trao đổi thông tin giữa các đối tác trao
đổi thông tin (PLC, PC ) được sản xuất bởi các hãng khác
nhau, cần thiết phải có giao thức truyền thông công nghiệp
chung.
 Cần chuẩn hóa các giao thức
 Tốc độ truy cập các thông số cao:
 Không đòi hỏi số lượng thông số lớn
 Yêu cầu với việc cập nhật thông số từ các thiết bị trường nối
tiếp nhau là gần như đồng thời.
9
3/11/2015
Các yêu cầu cho các giao thức công nghiệp
 Kiến trúc giao thức
 Cấu trúc mạng và kĩ thuật truyền dẫn
 Cơ chế giao tiếp
 Truy cập bus
 Cấu trúc bức điện
 Mã hóa
 Bảo toàn dữ liệu

10
3/11/2015
6.1 MODBUS
 MODBUS là một protocol phổ biến bậc nhất được sử dụng
hiện nay cho nhiều mục đích. MODBUS đơn giản, rẻ, phổ biến
và dễ sử dụng
11
3/11/2015
6.1 MODBUS
 MODBUS do Modicon (hiện nay thuộc Schneider Electric) phát
triển năm 1979, là một phương tiện truyền thông với nhiều thiết
bị thông qua một cặp dây xoắn đơn.
 Ban đầu, nó hoạt động trên RS232, nhưng sau đó nó sử dụng
cho cả RS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dài hơn và
mạng đa điểm (multi-drop)
 MODBUS là một hệ thống “chủ - tớ”, “chủ” được kết nối với
một hay nhiều “tớ”. “Chủ” thường là một PLC, PC, DCS, hay
RTU. “Tớ” MODBUS RTU thường là các thiết bị hiện trường,
tất cả được kết nối với mạng trong cấu hình multi-drop
12
3/11/2015
MODBUS
 Modbus thực chất là một chuẩn giao thức và dịch vụ thuộc lớp
ứng dụng, vì vậy nó được thực hiện trên các cơ chế vận
chuyển cấp thấp như: TCP/IP, MAP (Manufacturing Message
Protocol).
13
3/11/2015
6.1.1 Kiến trúc giao thức
14

3/11/2015
Kiến trúc giao thức
 Cấu hình của modbus
15
3/11/2015
Mô hình mạng Modbus
16
3/11/2015
Mô hình mạng Modbus
 Modbus đẽ dàng cấu hình với mọi cấu trúc mạng
17
3/11/2015
6.1.2 Cấu trúc mạng
18
3/11/2015
Mô hình mạng Modbus
 Mọi thiết bị PLC, HMI, Control Panel, Driver, Motion control, I/O
Device… có thể kết nối trong mạng
 Modbus serial
 Cấu hình daisy/chain
19
3/11/2015
Mô hình mạng Modbus
 Các loại modbus
 Modbus chuẩn
 Modbus plus
 Modbus TCP/IP
20
3/11/2015
Cơ chế giao tiếp

 Chu trình yêu cầu và đáp ứng của modbus chuẩn
21
3/11/2015
Modbus - Cơ chế giao tiếp
 Nguyên lí truy cập trong ModBus nói chung là Master/Slave,
giao thức này cho 1 trạm chủ có thể giao tiếp với 247 trạm tớ.
Phân chia địa chỉ được trình bày trên hình sau :
22
3/11/2015
Modbus - Cơ chế giao tiếp
0 Từ 1 đến 247 Từ 248 đến 255
Địa chỉ gửi đồng
loạt
(bản tin quảng bá)
Địa chỉ riêng biệt
của các trạm tớ
Dành cho tương
lai
Trong giao thức ModBus chuẩn dữ liệu có thể được truyền ở một
trong 2 chế độ sau:
 ASCII: Rõ ràng, chẳng hạn sử dụng nó trong các thử nghiệm
 RTU: Gọn nhẹ và nhanh hơn, sử dụng trong các chế độ thông
thường.
23
3/11/2015
Modbus - Cơ chế giao tiếp
 Chế độ truyền ASCII (American Standard Code for Information
Interchange). Cấu trúc khung kí tự gửi đi thể hiện như sau:
 Khi các bộ điều khiển sử dụng chế độ ASCII mỗi byte 8 bit
truyền như hai kí tự ASCII.

 Ưu điểm chính là thời gian truyền giữa các kí tực lên đến 1s
mà không gây ra lỗi,
 Bít trên kí tự: 1 Start bit; 7 bit data; 1,0 Parity bit; 1, 2 Stop bit
 Kiểm tra lỗi Parity
24
3/11/2015
Modbus - Chế độ truyền ASCII
Start 0 1 2 3 4 5 6 P Stop
 Trong chế độ truyền RTU (Remote Terminal Unit) mỗi byte trong
thông báo được gửi thành 1 ký tự 8 bít ưu điểm là hiêu suất truyền
cao, nhưng mỗi thông báo phải được truyền thành một dãy liên tục.
 Khi gửi các bộ điều khiển hoạt động ở chế độ RTU, mỗi byte -8bit
gửi như hai số Haxadecimal – 4bit
 Ưu điểm của phương pháp này là một độ kí tự lớn cho phép truyền
tốt hơn chế độ ASCII với cùng tốc độ bit
 Mỗi bản tin cần truyền thành chuỗi liên tục
 Số bit trên Byte: 1 Start bit; 8 bit data; 1,0 Parity bit; 1, 2 Stop bit
 Kiểm tra lỗi Parity
25
3/11/2015
Modbus - Chế độ truyền RTU
Start 0 1 2 3 4 5 6 7
P
Stop