Tìm Hiểu & Sử Dụng Bộ Chuyển Đổi Modbus RTU

Modbus một chuẩn giao thức công nghiệp được sử dụng miễn phí để kết nối các thiết bị công nghiệp với nhau. Modbus giúp sự giao tiếp giữa thiết bị đo và thiết bị điều khiển logic ( PLC ) một cách đơn giản, dể sử dụng và giảm giá thành sử dụng.

Tìm hiểu Modbus RTU

Modbus là gì ?

Giao thức modbus hoạt động dựa trên nguyên tắc Master ( chủ ) và Slave ( tớ ). Master là các thiết bị như : PLC , Destop , DCS … Slave là các thiết bị : cảm biến đo , bộ chuyển đổi tín hiệu modbus , các thiết bị truyền thông modbus khác …

Modbus hoạt động theo nguyên tắc một chiều Master – Slave tức là chỉ có Master truyền yêu cầu xuống Slave & nhận phản hồi từ Slave. Slave không thể truyền yêu cầu ngược lại Master. Slave phải chờ yêu cầu từ Master để truyền các dữ liệu vào các địa chỉ thanh ghi của Slave và đọc dữ liệu từ các thanh ghi này.

Modbus RTU là gì ?

Giao thức phổ biến nhất trên Modbus chính là Modbus RTU thông qua Modbus RS-485. Modbus RTU là một phương thức giao tiếp nối tiếp tương đối đơn giản có thể truyền qua được UART truyền thống. Dữ liệu được truyển theo byte 8 bit, mỗi lần một bit với tốc độ baud từ 1200 bit mỗi giây cho tới 115.200 bit mỗi giây.

Thông thường chúng ta chỉ chọn 9600 cho đến 38400 bit mỗi giây. Chúng ta đều biết rẳng tốc độ nhanh sẽ tỉ lệ nghịch với khoảng cách. Modbus RTU có thể truyền với khoảng cách 1200m mà không bị nhiễu tín hiệu.

Một mạng Modbus RTU có một Master và một hoặc nhiều Slave. Mỗi Salve có một địa chỉ 8 bit và nhiều thanh ghi khác nhau.

VD : Slave Seneca Z-4AI có 4 input analog 4-20mA hoặc 0-10V , ngõ ra Modbus RTU

Slave Z-4AI có một đại chỉ 0010 nhưng lại chứ 4 thanh ghi 40017 , 40018 , 40019 , 40020 tương ứng với 4 tín hiệu ngõ vào analog 4-20mA.

 

Slave chỉ phải trả lời Master nếu gọi đúng địa chỉ và tốc độ truyền. Khi đó Slave phải trả lời trong một khoảng thời gian nhất định được gọi là “thời gian phản hồi “hoặc nó sẽ là một lỗi  “không phản hồi “ .

Mỗi một trao đổi dữ liệu bao gồm một yêu cầu từ Master sao đó là phản hồi từ Slave. Mỗi một gói dữ liệu cho dù là yêu cầu hay phản hồi đều bắt đầu bằng địa chỉ thiết bị và địa chỉ slave. Kế tiếp là các tham số xác định những gì đang được yêu cầu và phản hồi được ghi lại chi tiết trong giao thức modbus.

Dữ liệu Modbus thường được đọc và ghi dưới dạng “thanh ghi” là các mẩu dữ liệu 16 bit. Thông thường, thanh ghi là số nguyên 16 bit có dấu hoặc không dấu. Nếu cần một số nguyên hoặc dấu phẩy động 32 bit, các giá trị này thực sự được đọc dưới dạng một cặp thanh ghi. Thanh ghi được sử dụng phổ biến nhất được gọi là Holding Register và chúng có thể được đọc hoặc viết. Loại khác có thể là Input Register đầu vào, chỉ đọc.

Có một số ngoại lệ đối với thanh ghi 16 bit là COIL và đầu vào riêng biệt Coil có thể được đọc hoặc viết , trong khi đầu vào riêng biệt chỉ đọc. Coil ở đây thường là các Rơle , các tín hiệu Digital …

Loại thanh ghi được xử lý theo yêu cầu Modbus được xác định bởi mã chức năng. Các mã phổ biến nhất bao gồm 3 cho “thanh ghi giữ đọc” và có thể đọc 1 hoặc nhiều hơn. Mã chức năng 6 được sử dụng để viết một thanh ghi giữ. Mã chức năng 16 được sử dụng để viết một hoặc nhiều thanh ghi giữ.

Modbus TCP là gì ?

Modbus TCP đóng gói các gói dữ liệu yêu cầu và đáp ứng Modbus RTU trong gói TCP được truyền qua các mạng Ethernet tiêu chuẩn. Số đơn vị vẫn được bao gồm và cách hiểu của nó thay đổi tùy theo ứng dụng – địa chỉ đơn vị hoặc Salve không phải là phương tiện địa chỉ chính trong TCP. Địa chỉ quan trọng nhất ở đây là địa chỉ IP, ví dụ: 192.168.1.100. Cổng tiêu chuẩn cho Modbus TCP là 502, nhưng số cổng thường có thể được gán lại nếu muốn.

Trường tổng kiểm tra thường được tìm thấy ở cuối gói RTU bị bỏ qua khỏi gói TCP. Kiểm tra tổng và xử lý lỗi được xử lý bởi Ethernet trong trường hợp Modbus TCP.

Phiên bản TCP của Modbus tuân theo Mô hình tham chiếu mạng OSI. Modbus TCP định nghĩa các lớp trình bày và ứng dụng trong mô hình OSI.

Modbus TCP làm cho định nghĩa về Master và Slave ít rõ ràng hơn vì Ethernet cho phép giao tiếp ngang hàng. Định nghĩa của máy khách và máy chủ là các thực thể được biết đến nhiều hơn trong mạng dựa trên Ethernet. Trong bối cảnh này, Slave trở thành máy chủ và Master trở thành máy khách. Có thể có nhiều hơn một khách hàng lấy dữ liệu từ một máy chủ. Theo thuật ngữ Modbus, điều này có nghĩa là có thể có nhiều master cũng như nhiều salve. Thay vì xác định master và salve trên thiết bị vật lý theo thiết bị, giờ đây, nó trở thành trách nhiệm của nhà thiết kế hệ thống trong việc tạo ra các liên kết logic giữa chức năng chủ và nô lệ.

Modbus ASCII là gì?

Modbus ASCII là một triển khai cũ hơn chứa tất cả các thành phần của gói RTU, nhưng được thể hiện hoàn toàn bằng các ký tự ASCII có thể in được. Ngày nay, Modbus ASCII được coi là không dùng nữa, hiếm khi được sử dụng nữa và không được bao gồm trong đặc tả giao thức Modbus chính thức.

Làm cách nào để truyền tín hiệu Digital, Analog, Nhiệt Độ thành Modbus RTU

Tất cả các thiết bị đo cũng như thiết bị truyền thông hiện nay phần lớn truyền tín hiệu về dạng Digital hoặc analog. Để truyền thông các tín hiệu này về Master chúng ta phải thông qua các thiết bị chuyển đổi tín hiệu ( signal converter ).

Để truyền tín hiệu nhiệt độ vể PLC chúng ta có 2 phương án :

• Dùng modul mở rộng của PLC đọc trực tiếp giá trị nhiệt độ từ cảm biến
• Dùng bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ truyền về dạng analog 4-20mA hoặc 0-10V

Để truyền tín hiệu nhiệt độ về PLC thông qua giao thức Modbus chúng ta cần bộ chuyển đổi nhiệt độ sang Modbus. Tuỳ theo loại tín hiệu đầu vào là tín hiệu loại gì mà chúng ta có nhiều bộ chuyển đổi tín hiệu modbus khác nhau.

Bộ chuyển đổi tín hiệu Digital sang Modbus RTU

Một PLC thông thường có khoảng 10 Input Digital vào trực tiếp đủ để đáp ứng cho các hệ thống nhỏ. Tuy nhiên, nếu một hệ thống lớn có nhiều tín hiệu Ditial thì phải cần rất nhiều Modul mở rộng cho PLC.

Một giải pháp mới đặt ra là chỉ cần một  Modul Modbus trên PLC và các bộ chuyển đổi Digital sang Modbus. Như vậy, chỉ với một modul Modbus chúng ta có thể kết nối hàng trăm tín hiệu Digital vào PLC. Bộ chuyển đổi Z-10-D-IN mang tới giải pháp nhận cùng lúc 10 tín hiệu Digital input dạng PNP , NPN , và SPDT , Contact …

Thông số kỹ thuật bộ chuyển đổi Z-10-D-IN :

• Nguốn cấp : 10-40Vdc
• Kiểu lắp đặt DIN Rail
• Input : 10 kênh Digital
• Loại tín hiệu : PNP , NPN , Reed , Contact …
• Output : Modbus RTU
• Số lượng kênh kết nối 32 kênh
• Đèn Led báo tín hiệu input – output

Bộ chuyển đổi nhiệt độ sang Modbus Z-4RTD2

Bộ chuyển đổi tín hiệu Z-4RTD2 cung cấp một giải pháp tối ưu cho các loại cảm biến nhiệt độ dạng RTD như Pt100, Pt500 , Pt1000 , Ni100 các  loại 2 dây , 3 dây ,4 dây. Số lượng Input đầu vào là 4 kênh độc lập cho một bộ chuyển đổi Z-4RTD. Tín hiệu ngõ ra dạng Modbus RTU RS-485.

Thông số kỹ thuật Z-4RTD :

• Nguồn cấp 10…40Vdc
• Số kênh đầu vào : 4 kênh
• Input Pt100 từ -200…650oc full scales 330 ohm
• Input Pt500 từ -200…750oc full scales 1.800 ohm
• Đối với Pt1000 thì từ -200…210oC full scales 1.800 ohm
• Input Ni100 từ -60…250oC full scales 330 ohm
• Tín hiệu ngõ ra Modbus RTU RS-485
• Sai số : 0.05%
• Độ phân giải 16 bit
• Cài đặt bằng phẩn mềm Easy setup hoặc Switch trên thiết bị
• Cách ly chống nhiễu giữa input / output / nguồn cấp
• Khoảng cách truyền : max 1200m
• Số lượng thiết bị max 32 nodes

Bộ chuyển đổi nhiệt độ sang Modbus Z-4TC

Tương tự bộ Z-4RTD2 dùng cho cảm biến nhiệt độ dạng điện trở thì đối với cảm biến nhiệt độ loại can nhiệt ( thermocouple ) chúng ta có bộ chuyển đổi modbus Z-4TC.

Thông số kỹ thuật Z-4TC :

• Nguồn cấp : 10….40Vdc
• Số kênh đầu vào : 4 kênh
• Các loại đầu dò can nhiệt nhận được : can K , can J , can R , can S , can B , can E , can T , can N và tín hiệu mV
• Sai số : 0.1%
• Độ trôi 0.01%
• Thời gian đáp ứng <10ms
• Độ phân giải 13 bit + sign
• Cách ly chống nhiễu tại 1500Vac
• Báo lỗi trạng thái : lỗi nguồn , lỗi data , lỗi truyền dữ liệu
• Khoảng cách truyền : max 1200m
• Số lượng thiết bị max 32 nodes

Bộ chuyển đổi nhiệt độ sang Modbus Z-8TC

Một phiên bản nâng cấp của Z-4TC chính là Z-8TC với khả năng nhận diện 8 kênh Thermocouple đầu vào cùng lúc . Việc dùng Z-8TC sẽ mang lại hiệu quả cao nếu như chúng ta có nhiều tín hiệu can nhiệt truyền về cùng một lúc trong tủ điện.

• Nguồn cấp : 10….40Vdc
• Số kênh đầu vào : 8 kênh
• Các loại đầu dò can nhiệt nhận được : can K , can J , can R , can S , can B , can E , can T , can N
• Input dạng mV từ -10.1….+81mV
• Input dạng điện trở shunt 0-70mV
• Sai số : 0.05%
• Độ trôi 0.01%
• Thời gian đáp ứng <10ms
• Độ phân giải 16 bit
• Cách ly chống nhiễu tại 1500Vac
• Báo lỗi trạng thái : lỗi nguồn , lỗi data , lỗi truyền dữ liệu
• Khoảng cách truyền : max 1200m
• Số lượng thiết bị max 32 nodes

Để sử dụng được Z-8TC phải dùng thêm phụ kiện Z-PC cho nguồn cấp và tín hiệu ngõ ra bởi không đủ terminal kết nối cho cùng lúc 8 kênh đầu vào & nguồn + ngõ ra .

Nếu không muốn dùng phụ kiện của hãng chúng ta có thể tuỳ chọn hãng khác hoặc tự kết nối dây bên dưới DIL Rail của Z-8TC.

Bộ chuyển đổi nhiệt độ Z-8NTC

Cảm biến nhiệt độ Z-8NTC rất ít khi được sử dụng trong các ứng dụng đo nhiệt độ thông thường bởi đặc tính đặc biệt của cảm biến NTC.

 Thông số kỹ thuật Z-4TC :

• Nguồn cấp : 10….40Vdc
• Số kênh đầu vào : 8 kênh
• Input : NTC 1K , 10K , 25K , 50K tại 25oC từ 100ohm tới 500 Kohm
• Sai số : 0.1%
• Độ trôi 0.5%
• Thời gian đáp ứng <10ms
• Độ phân giải 16 bit
• Cách ly chống nhiễu tại 1500Vac
• Báo lỗi trạng thái : lỗi nguồn , lỗi data , lỗi truyền dữ liệu
• Khoảng cách truyền : max 1200m
• Số lượng thiết bị max 32 nodes

Bộ chuyển đổi Analog 4-20mA , 0-10V sang Modbus RTU Z-4AI

Tín hiệu analog  0-20mA 4-20mA 0-10V 0-5V được truyền về PLC thông qua chuẩn Modbus RTU bằng bộ chuyển đổi Z-4AI. Với một bộ chuyển đổi Z-4AI có thể nhận được 4 kênh Analog cùng một lúc tương ứng với một địa chỉ modbus.

Một PLC với một modul Modbus có thể nhận tối đa 32 địa chỉ tương ứng với 32 bộ Z-4AI. Điều đó có nghĩa là nếu chúng ta cùng chuẩn Modbus thì có thể truyền về PLC tới 128 input analog đầu vào.

Thông số kỹ thuật bộ chuyển đổi Z-4AI

• Nguồn cấp : 10….40Vdc
• Số kênh đầu vào : 4 kênh
• Input : Analog 0-20mA 4-20mA 0-10V 0-5V
• Sai số : 0.1%
• Độ trôi 0.01%
• Thời gian đáp ứng <10ms
• Độ phân giải 16 bit
• Cách ly chống nhiễu tại 1500Vac
• Báo lỗi trạng thái : lỗi nguồn , lỗi data , lỗi truyền dữ liệu
• Khoảng cách truyền : max 1200m
• Số lượng thiết bị max 32 nodes
• Truyền thông Modbus RTU RS 485

Bộ chuyển đổi Analog 4-20mA 0-10V sang Modbus Z-8AI

Bộ chuyển đổi Z-8AI có chức năng tương tự như bộ chuyển đổi Z-4AI nhưng có tới 8 kênh đầu vào cho một thiết bị. Như vậy nếu chúng ta có nhiều tín hiệu Analog đầu vào cho một hệ thống thì bộ chuyển đổi Z-8AI sẽ tiết kiệm được một lượng lớn các modul mở rộng cho PLC chỉ với một modul Modbus trên PLC.

Thông số kỹ thuật bộ chuyển đổi Z-8AI

• Nguồn cấp : 10….40Vdc
• Số kênh đầu vào : 8 kênh
• Input : Analog 0-20mA 4-20mA 0-10V 0-5V
• Sai số : 0.1%
• Độ trôi 0.01%
• Thời gian đáp ứng <10ms
• Độ phân giải 16 bit
• Cách ly chống nhiễu tại 1500Vac
• Báo lỗi trạng thái : lỗi nguồn , lỗi data , lỗi truyền dữ liệu
• Khoảng cách truyền : max 1200m
• Số lượng thiết bị max 32 nodes
• Truyền thông Modbus RTU RS 485

Ưu nhượt điểm việc dùng Modbus RTU truyền về PLC

Ưu điểm của Modbus RTU

Modbus RTU dần thay thế các cách thức truyền dữ liệu cũ trước kia như analog , digital , tín hiệu nhiệt độ … với giá thành thập hơn & ít dây truyền tín hiệu về hơn. Sau đây là các ưu điểm chính của tín hiệu modbus so với các truyền tín hiệu truyền thống :

• Truyền xa max 1200m
• Số lượng kênh max 32 thiết bị tương ứng với hàng trăm tín hiệu input đầu vào
• Không bị nhiễu bởi các thiết bị ngoại vi do biến tần, motor …
• Giá thành thấp hơn rất nhiều so dùng Modul mở rộng cho PLC
• Tiết kiệm được một lượng lớn dây dẩn về PLC
• Tiết kiệm được rất nhiều thời gian lắp đặt trực tiếp vào PLC
• Không gian lắp đặt nhỏ hơn rất nhiều so với Modul mở rộng PLC
• Tương thích với tất cả các loại PLC bởi Modbus là mã nguồn mở & không tốn phí bản quyền
• Có thể tương tác giữa các bộ chuyển đổi của nhiều hãng khác nhau mà không sợ PLC không nhận được

Nhượt điểm của Modbus RTU

Phương thức truyền nào cũng có nhượt điểm của nó kể cả giao thức truyền thông Modbus cũng vậy. Cùng xem các nhượt điểm của Modbus để xem có phù hợp với hệ thống hay không ?

• Thời gian đáp ứng chậm do Master phải quét tất cả các Slave sau đó các Slave phản hồi thì Master mới nhận được. Điều này có nghĩa là chúng ta phải cài từng thời gian đáp ứng cho một địa chỉ khác nhau . Nếu hệ thống có hàng nghìn thiết bị sẽ dẩn đến tín hiệu bị trể 0.1-1s.
• Lập trình viên phải có kiến thức về chuẩn Modbus RTU mới có thể giao tiếp các thiết bị được với nhau

Mua bộ chuyển đổi Modbus ở đâu uy tín , chất lượng , giá rẻ ?

Có một điều phủ phàng rằng các nhà cung cấp uy tín , chất lượng thì thường không có giá rẻ. Hàng giá rẻ thường không chất lượng & không được bảo hành cũng như hổ trợ kỹ thuật tốt như các thương hiệu lớn. Để chọn bộ chuyển đổi Modbus chúng ta cần chọn theo các tiêu chí như sau .

Thương hiệu nhà cung cấp bộ chuyển đổi nổi tiếng

Để xác định được một thương hiệu cung cấp có nổi tiếng hay không tại thị trường Việt Nam gần như phụ thuộc rất nhiều vào nhà phân phối đó phát triển được thị trường ở Việt Nam hay không.

Ngoài ra , chúng ta thấy rằng công nghệ phát triển của từng hãng cùng tuổi đời của hãng sản xuất mang tới niềm tin tới khách hàng . Tôi ví dụ hãng Seneca với hơn 30 năm kinh nghiệm sản xuất bộ chuyển đổi nhưng công nghệ lại đang đi đầu trong lĩnh vực IOT .

Chọn nhà cung cấp lớn – có sẵn

Một nhà cung cấp lớn thường có sẵn các Model phổ biến với số lượng nhiều. Để xác định nhà cung cấp lớn hay nhỏ chúng ta dể dàng nhận thấy qua số lượng mặt hàng có sẵn cũng như số lượng.

Các nhà phân phối chính hãng là nơi có thể cung cấp & hổ trợ kỹ thuật tốt nhất người dùng cuối cùng. Hãy lựa chọn cho mình một nơi tin cậy nhất để vừa tiết kiệm vừa giải quyết được vấn đề.

Dịch vụ kỹ thuật & bảo hành

Mặt hàng kỹ thuật được cấp bởi 3 loại công ty : công ty thương mại , nhà lắp đặt , nhà phân phối chính hãng. Trong đó, nhà lắp đặt thường có giá thành tốt nhất do được chiết khấu lớn từ các nhà phân phối. Tuy nhiên, việc hổ trợ kỹ thuật thì nhà phân phối chính hãng  lại có ưu thế khi được trainning bởi hãng & có thời gian dài nghiên cứu hổ trợ cho rất nhiều khách hàng khác nhau.Việc mua bộ chuyển đổi Modbus ở đâu tuỳ thuộc vào bạn có tìm được nhà phân phối gốc hay không. Bởi một thương hiệu thường chỉ có một đến hai nhà phân phối tại một thị trường.

Cần tư vấn thêm về bộ chuyển đổi Modbus hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn & hổ trợ kỹ thuật.

Kỹ sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hoà

Mobi : 0937.27.5566

Mail : hoa.nguyen@huphaco.vn