Modbus Gateway Là Gì ? Modbus RTU hay TCP-IP Tối Ưu Hơn

Modbus gateway được xem là một thiết bị không thể thiếu trong thời đại 4.0 khi mà tất cả các thiết bị đều được truyền thông qua Ethernet. Mọi thứ được sử dụng ngày càng thông mình hơn, tốc độ nhanh hơn và an toàn hơn. Modbus gateway đóng vai trò ngày càng quan trọng khi mà chỉ cần một thiết bị duy nhất có thể kết nối với rất nhiều tín hiệu khác nhau tới PLC / Scadar một cách nhanh chóng và bảo mật thông qua Ethernet.

Vậy bạn có biết modbus là gì chưa? Modbus gateway có mối quan hệ như thế nào với modbus RTU và modbus TCP-IP. Chúng ta cùng tìm hiểu nhé.

Ứng dụng Modbus Gateway trong công nghiệp
Ứng dụng Modbus Gateway trong công nghiệp

Modbus là gì

Modbus một chuẩn truyền thông mới mẻ so với Digital và Analog truyền thống. Modbus sử dụng công nghệ truyền thông trên nguyên tắc Master – Slave tức là quan hệ chủ – tớ. Các thiết bị chỉ cần dùng chung một chuẩn modbus RTU RS485 thì không cần quan tâm hãng nào, xuất xứ ở đâu. Đây chính là điểm vượt trội của truyền thông modbus trong công nghiệp so với các chuẩn khác như Profibus, Profinet …

Modbus phân biệt Slave tức là các thiết bị truyền tín hiệu về và Master tức là thiết bị nhận tín hiệu. Hệ thống chỉ có 1 hoặc nhiều Master để đọc tất cả các Slave bên dưới, nhưng các Slave lại không thể giao tiếp qua lại với nhau.

Nguyên lý hoạt động của modbus RS485

Nguyên lý hoạt động của modbus RTU RS485
Nguyên lý hoạt động của modbus RTU RS485

Hệ thống truyền tín hiệu thông qua Modbus sẽ có hai thành phần :

– Thiết bị truyền tín hiệu : cảm biến đo mức nước, đồng hồ đo lưu lượng, bộ chuyển đổi tín hiệu Modbus RTU

– Thiết bị đọc tín hiệu : PLC, Scadar, HMI …

Các thiết bị truyền tín hiệu sẽ có các định danh : Địa chỉ ( address ), Baud ( tốc độ truyền ) duy nhất theo quy định của nhà sản xuất.

Các thiết bị đọc tín hiệu : phải đọc đúng các địa chỉ này để đọc các dữ liệu từ các thiết bị bên dưới. Tôi sẽ lấy một ví dụ cụ thể cho mọi người dễ hiểu hơn.

Giả sử hệ thống có 5 bồn chứa khác nhau. Trong đó có 1 cảm biến siêu âm ULM-70N có tín hiệu ngõ ra là Modbus RTU và 4 cảm biến đo mức nước khác ra tín hiệu 4-20mA. PLC có truyền thông Modbus RTU tích hợp hoặc sử dụng modul mở rộng chuẩn truyền thông modbus RTU.

– Cảm biến siêu âm ULM-70N có chuẩn truyền thông modbus RTU tích hợp nên PLC có thể đọc trực tiếp thông qua chuẩn RS485 trên hai dây Rxvà Tx.

– Còn 4 cảm biến đo mức nước chúng ta sẽ dùng 1 bộ chuyển đổi tín hiệu Z-4AI bởi Z-4AI có thể nhận cùng lúc 4 cảm biến Analog 4-20mA / 0-10V để chuyển đổi sang Modbus RTU.

Tại Z-4AI, theo mặc định thì sẽ có 4 thanh ghi : 40017, 40018, 40019, 40020 tương ứng với các Input 1, input 2, input 3, input 4.

Tại ULM-70N thì chúng ta có thanh ghi 100 tương ứng với tín hiệu ngõ ra 0-6m hoặc 0-10m tùy theo khoảng cách đo của cảm biến.

Tất cả các thiết bị đều chọn chung Baud rate 9600. Khi đó PLC sẽ quét các địa chỉ : 100, 40017, 40018, 40019, 40020. Các giá trị đo ( nếu có ) sẽ hiển thị trên PLC. Chúng ta có thể scales để quy đổi các giá trị này thành giá trị số thực theo thực tế.

Như vậy, nguyên lý hoạt động của Modbus RTU khá là đơn giản. Chúng ta chỉ cần có các thiết bị có đúng chuẩn và được sử dụng phổ biến để dễ dàng xử lý các yêu cầu khi cần hổ trợ.

Modbus RTU RS485

Cách đấu dây Modbus RTU RS485
Cách đấu dây Modbus RTU RS485

Modbus RTU RS 485 được sử dụng phổ biến nhất bởi nó đơn giản nhất. Tất cả các cảm biến sẽ được kết nối chung với 2 dây RS485 A ( + ) và RS485 B ( – ). Các thiết bị có thể mắc song song hoặc nối tiếp thì PLC đều có thể đọc được một cách dễ dàng. Do chỉ đi 1 dây 2 lỏi cho tất cả các thiết bị kết nối vào hệ thống mạng Modbus RTU nên sẽ tiết kiệm một lượng dây dẫn khổng lồ so với các chuẩn digital, analog truyền thống.

Truyền đi xa 1200 chính là điểm nổi bật nhất của chuẩn truyền thông Modbus RTU bởi so với các chuẩn Digital hoặc Analog thì giới hạn chỉ tầm 200m trở lại. Việc truyền đi xa giải quyết một vấn đề cực kỳ đau đầu đối với các anh em thiết kế hệ thống trong công nghiệp.

Chuẩn truyền thông modbus RTU chống nhiễu cực tốt khi mà các tín hiệu truyền về chỉ truyền theo logic 0 hoặc 1. Khi có tác động từ bên ngoài thì sẽ làm cho sụt áp hoặc tăng áp thì đồng thời cả hai dây đều bị ảnh hưởng tương tự nhau. Chính vì thế mà tín hiệu vẫn đảm bảo không bị biến dạng khi có tác động bên ngoài.

Như vậy, chuẩn truyền thông Modbus RTU có rất nhiều ưu điểm so với các cách truyền thống là Analog, Digital. Đó là chính là lý do các cảm biến ra tín hiệu Digital hoặc analog đều dùng các bộ chuyển đổi tín hiệu để sang Modbus RTU để truyền về PLC.

Modbus TCP/IP Protocol

Ứng dụng modbus TCP IP Protocol
Ứng dụng modbus TCP IP Protocol

Modbus TCP/IP Protocol hoạt động dựa trên nền tảng Modbus RTU nhưng kết nối bằng cổng RJ45 và truyền thông qua mạng Ethernet. Nói cách khác chuẩn modbus TCP-IP sẽ sử dụng mạng ethernet để truyền tín hiệu tới một vị trí khác trong cùng một lớp mạng. Tất nhiên bạn có thể truy cập bất cứ nơi nào nếu như bạn NAT PORT từ hệ thống mạng của bạn.

Phương thức truyền thông modbus TCP-IP giúp thảm thiểu tối đa kết nối về dây dẫn cũng như tạo ra một phương thức truy cập mới thông qua internet.

PLC hay các thiết bị làm Master khác chỉ cần truy cập vào địa chỉ IP của thiết bị làm gateway. Từ gateway này thì sẽ chứa các địa chỉ của Modbus RTU. Bên trong các thiết bị chuyển đổi modbus RTU lại có nhiều thanh ghi nhỏ – mỗi thanh ghi sẽ tương ứng với một thiết bị đo áp suất hay đo nhiệt độ.

Modbus gateway là một thiết bị bạn phải dùng nếu muốn tất cả các thiết bị đều truy cập từ xa qua ethernet. Vậy modbus gateway là gì? Chúng ta cùng xem nhé.

Modbus gateway là gì

Modbus gateway là một thiết bị trung gian được dùng để chuyển đổi từ modbus RTU sang modbus TCP-IP. Vì nó một thiết bị chuyển đổi nên về bản chất thì các tín hiệu, địa chỉ của các thiết bị đo bên dưới không hề thay đổi về Adress, Baud rate và giá trị.

Modbus gateway đóng vai trò quan trọng trong việc đơn giản hóa các kết nối trong quá trình kết nối phần cứng với PLC. Thay vì chúng ta sẽ phải kết nối rất nhiều dây tín hiệu với nhau thì khi có modbus gateway thì tất cả chỉ gôm chung lại 1 dây RJ45 cắm trực tiếp vào PLC hoặc mạng LAN.

Một điểm thuận tiện khi bạn dùng modbus gate nữa là các thiết bị chung trong cùng một lớp mạng có thể truy cập vào địa chỉ của gateway này để lấy tín hiệu. Tức là chỉ với 1 thiết bị thì nhiều thiết bị độc lập có thể kết nối và lấy tín hiệu chung với nhau.

Ưu điểm lớn nhất khi dùng modbus gateway chính là các tủ điện được kết nối với 1 modbus gateway vào router. PLC hay các thiết bị giám sát điều khiển có thể truy cập từ xa mà không cần kết nối bằng vật lý với Gateway này. Với tốc độ đường truyền khá nhanh hiện nay thì tín hiệu luôn được truyền theo thời gian thực về trung tâm một cách nhanh chóng.

Chúng ta sẽ có hai loại modbus gateway : modbus TCP ethernet IP và modbus gateway wifi. Cả hai thiết bị này đều hoạt động như nhau. Điểm khác biệt là một thiết bị dùng dây vật lý RJ45 để kết nối và một thiết bị dùng sóng Wifi để kết nối.

Modbus TCP Ethernet IP

Ứng dụng Modbus TCP-IP Ethernet
Ứng dụng Modbus TCP-IP Ethernet

R-KEY-LT là một gateway modbus TCP Ethernet IP được dùng để giao tiếp các thiết bị đo lường, cơ cấu chấp hành, cảm biến, đồng hồ đo lưu lượng … tất cả gôm chung lại vào R-KEY-LT và kết nối với mạng Internet thông qua cổng RJ45. Tất cả các thiết bị nhà máy sẽ được truyền với nhau qua đường truyền internet. R-KEY-LT đóng vai trò trung gian truyền dẫn giữa các thiết bị với nhau.

Hình thức hoạt động chuyển đổi tín hiệu từ modbus RTU sang modbus TCP ethernet IP. Thay vì trước kia các thiết bị sẽ được định danh thành 1 địa chỉ #1 … #128 thì khi qua bộ R-KEY-LT thì sẽ chuyển đổi thành IP : 192.168.1.1.xx. Về phần R-KEY-LT có thể cấu hình địa chỉ IP thông qua phần mềm SDD của hãng được cung cấp miễn phí.

Khi có nhiều thiết bị gateway trong cùng một lớp mạng thì chúng ta cần tùy chọn nhiều địa chỉ IP khác nhau để tránh xung đột, nhầm lẫn giữa các Client với nhau.

Để sử dụng Modbus TCP Ethernet IP tại mọi điểm trong hệ thống mạng nhà máy thì chúng ta kết nối các thiết bị vào các Router. Các router này cần có chung một lớp mạng hoặc NAT Port nếu khác lớp mạng. Việc này cũng khá đơn giản, không có gì phức tạp.

Nếu các Router của bạn quá xa hoặc kết nối dây dẫn khó khăn thì phương án đặt ra là cần kết nối bằng Wifi. Modbus gateway Wifi ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu này.

Modbus gateway Wifi

Modbus Gateway Wifi | Z-KEY-WIFI
Modbus Gateway Wifi | Z-KEY-WIFI

Mô hình chúng ta gồm có :

– Z-KEY-WIFI : nhận max 128 thiết bị Z-4AI, Z-8AI, PLC

– R-KEY-LT : nhận max 128 Z-4AI hoặc Z-8AI

– Z-4AI : nhận 4 tín hiệu analog 4-20mA từ cảm biến áp suất, siêu âm …

– Z-8AI : nhận 8 tín hiệu analog 4-20mA cảm biến áp suất, siêu âm …

– Cảm biến siêu âm

– Cảm biến áp suất

– Cloud : nơi lưu trữ dữ liệu của hệ thống

Modbus gateway Wifi loại Z-KEY-WIFI có đặc điểm vượt trội so với R-KEY-LT là vừa có thể dùng kết nối có dây bằng RJ45 vừa có thể kết nối không dây qua chuẩn Wifi 2.4G. Về cơ bản thì kết nối qua dây ethernet hay qua wifi đều như nhau.

Bộ chuyển đổi Z-KEY-WIFI làm Modbus Gateway Wifi không chỉ tiết kiệm không gian lắp đặt mà còn làm tăng tính thẩm mỹ cũng như độ chuyên nghiệp khi mà vừa là gateway vừa là bộ kết nối ethernet tương tự như Router mini. Các tủ điện không cần kéo Ethernet vào tới tủ mà chỉ cần có sóng Wifi thì có thể giao tiếp với hệ thống mạng của nhà máy.

Xu hướng kết nối không dây ngày càng được ưa chuộng khi mà các anh em thiết kế ngày càng tối giản việc kết nối dây trong tủ điện. Tất cả các thiết bị cần về chuẩn modbus RTU và kết nối 1 dây 2 lỏi duy nhất về Z-KEY-WIFI.

Như vậy, Modbus Gateway được xem là một thiết bị không thể thiếu khi mà các tủ điều khiển ngày càng nhỏ gọn, chuyên nghiệp và thời gian đáp ứng cần nhanh. Chúng ta có 2 loại modbus gateway : R-KEY-LT cho kết nối dây và Z-KEY-WIFI cho kết nối không dây bằng sóng WIFI.

Bạn thấy hứng thú với R-KEY-LT hay Z-KEY-WIFI  hơn ?

Kỹ Sư Cơ Điện Tử

Nguyễn Minh Hòa

Mobi : 0937.27.55.66

Mail : hoa.nguyen@huphaco.vn



Bài viết liên quan

Bộ điều khiển ATR của Pixsys Bộ Hiển Thị Và Điều Khiển Đa Năng PIXSYS

Các bộ điều khiển là thiết bị không thể thiếu trong các nhà máy ngày nay. Nhưng không phải bộ điều khiển nào cũng nhỏ gọn và được tích hợp màn hình hiển thị. Nhận thấy vấn đề đó hãng Pixsys của Ý đã nghiêng cứu và sản xuất ra các bộ điều khiển kết…

đồng hồ đo và phát dòng test-4 Đồng Hồ Đo Điện & Những Điều Không Nên Bỏ Lỡ

Đồng hồ đo điện là một sản phẩm có nhiều ứng dụng trong sửa chửa và kiểm tra máy móc, đặc biệt được xem là vật “bất ly thân” của bất kỳ người thợ điện nào, đồng hồ đo điện ngày càng đa dạng về mẫu mã cũng như màu sắc. Các tính năng ngày…

Đồng hồ đo lưu lượng hoá chất DN32 Flow38 Đồng Hồ Đo Lưu Lượng Hoá Chất

Đo lưu lượng hoá chất được xem là một công việc nguy hiểm đối với con người trước khi có đồng hồ đo lưu lượng hoá chất ra đời. Với các hoá chất có khả năng ăn mòn như : axit H2S04, Acid HCL, NAOH hay các loại hoá chất khác cần phải có một…