Modbus rtu là gì
Modbus rtu là gì
Với truyền thông Modbus rtu các bạn hiểu nôm na đơn giản đó chính là các phương pháp truyền thông tín hiệu cao cấp thay thế hoàn toàn các hệ thống truyền thông cũ dựa trên các tín hiệu analog 4-20mA , 0-5v, 0-10v, digital….
Các dòng analog; digital tuy nói là thay thế nhưng hoàn toàn không bị loại bỏ ra khỏi dây chuyền sản xuất nhà máy. Vì modbus rtu được sinh ra là để tập hợp các dòng analog này lại với nhau để tạo nên một mô hình truyền thông dạng cây
Và có thể khẳng định: Nếu như một hệ thống nhà máy lớn thì việc đưa về modbus rtu chỉ nằm ở phân khúc chuyển đổi tầng 2; Và trên nó là cả một hệ thông chuyển đổi nhiều tầng cao cấp hơn
Để khai thác sâu hơn modbus rtu là gì và những ứng dụng thực tiễn của nó ta có thể tham khảo thêm chi tiết phần chia sẻ dưới đây:
Mô hình truyền thông modbus rtu
Để hiểu được mô hình truyền thông modbus rtu ta phải trả lời được 2 câu hỏi:
Slave là gì
Slave chính là các thiết bị chuyển đổi tất cả các tín hiệu của thiết bị trong dây chuyền sản xuất thành tín hiệu RS485 đưa về các PLC, máy tính, biến tần. Trong một dây chuyền sản xuất lớn có rất nhiều Slave
Master là gì
Master là nơi thu nạp tất cả các dữ liệu truyền về qua truyền thông Rs485 do các Slave chuyển đổi.
Kết luận: Master và slave là một hệ thống thiết bị bổ trợ nhau trong dây chuyền nhà máy nhằm giúp con người kiểm soát hệ thống sản xuất một cách dễ dàng và tiết kiệm chi phí nhất
Mô hình được triển khai như sau:
Các tín hiệu analog, nhiệt độ, áp suất; digital là các rễ phụ tập hợp truyền về các rễ chính là các dạng truyền thông modbus rs485 / modbus rs232 hay gọi chung là các slave.
Các Slave này lại tập hợp truyền dữ liệu thông qua thân cây và cuối cùng máy tính, điện thoại, plc, biến tần… chính là nơi để nhận thông tin kết quả của quá trình trên. Và đó cũng chính là quá trình tuần hoàn của modbus rtu
Tóm gọn lại; là thông qua hệ thống modbus rtu con người có thể ngồi tại trung tâm vừa có thể quan sát, điều khiển, quản lý tất cả các thiết bị giám sát nhiệt độ, áp suất, ph, co2, các loại van, cảm biến…..
Lợi ích từ mô hình modbus rtu
Có thể khẳng định; mô hình modbus rtu là hướng hội nhập mới trong nền Công Nghệ 4.0. Vì lợi ích của nó mang lại vượt trên cả sức tưởng tượng của con người
Tín hiệu modbus rtu luôn ổn định – Chính xác cao – Hoàn toàn không ảnh hưởng vấn đề bị nhiễu
- Hiện nay; Xử lý nhiễu tín hiệu analog do nhiều nguyên nhân gây ra đang là vấn đề nóng hổi của các nhà máy. Trong khi; modbus rtu lại hoàn toàn không bị ảnh hưởng nhiễu
Tiết kiệm chi phí nhân công – Đẩy nhanh tiến độ sản xuất
- Khá rõ ràng; nhà máy đang từ rất nhiều người làm thủ công bằng tay. Sau khi sử dụng hệ thống chỉ còn một vài người ngồi trung tâm điều khiển và giám sát máy móc thông qua internet làm trung gian
- Và thay vì xử lý lỗi tín hiệu, mất tín hiệu; nhiễu tín hiệu thì tập trung nghiên cứu sản phẩm mới; mở rộng thị trường….
- Máy móc ít khi phải dừng sản xuất vì một vài lỗi nhỏ về tín hiệu
Tiết kiệm vấn đề tủ điện và đi dây
- Ngày xưa mỗi tín hiệu truyền là một dây dẫn kéo về tủ điện và trong tủ điện thì chằng chịt các bộ chuyển đổi tín hiệu analog. Nhưng khi sử dụng mô hình bạn sẽ thấy lượng dây dẫn sẽ đi ít lại và tủ điện rất trống
- Bên cạnh đó; khá nhiều trường hợp gặp phải dây dẫn truyền về nhiều gây chồng chéo lẫn lộn
Nhược điểm truyền thông modbus rtu
Mặc dù lợi ích từ chuẩn truyền thông modbus rtu mang lại rất lớn. Tuy nhiên; nó vẫn có nhược điểm riêng chưa hoàn thiện
- Về tốc độ thì dùng trực tiếp các dòng analog hoặc màn hình đọc hiển thị số dạng digital sẽ có tốc độ truyền nhanh hơn
- Mô hình chỉ tối ưu nhất khi thời gian truyền tín hiệu từ 1s trở lại
- Đã dùng đường truyền modbus rtu thì bắt buộc các thiết bị lập trình PLC hoặc Scada phải có cấu hình mạnh
- Mất điện đột ngột sẽ dẫn đến tín hiệu truyền bị gián đoạn
Đó chỉ là những nhược điểm rất nhỏ. Và chúng ta không thể đem so sánh với những lợi ích to lớn mà hệ thống chuẩn truyền thông rs485 mang lại. Tất nhiên; đã tìm thấy nhược điểm thì sẽ có biện pháp hoàn thiện trong tương lại.
Sự khác biệt giữa chuẩn rs232 và rs485
2 dòng này gần như là đối lập nhau. Tuy nhiên; vẫn được ứng dụng rộng rãi trong nhà máy. Vì tùy và từng trường hợp cụ thể để sử dụng chuẩn nào đem lại thế mạnh nhất
Chuẩn RS232 là gì
Cổng RS232 nếu chú ý thì tất cả các phòng ban làm việc trong công ty đều có đặc biệt là phòng hành chính.
Thực tế; nó chỉ là một dạng cổng COM tích hợp trên bộ CPU của máy tính bàn ( Được xem là một trong các cổng giao tiếp của máy tính); và 100% đều tích hợp thêm cổng truyền thông rs232. Mục đích chính là để kết nối với các thiết bị lân cận như các dòng máy in hay máy fax,….
Chuẩn kết nối RS232 có 3 dây bao gồm: Dây truyền ( Tx) – Dây nhận tín hiệu( Rx) Và dây nối đất ( GND)
Ưu điểm của chuẩn rs232
Ưu điểm của chuẩn này là tốc độ truyền rất nhanh
Nhược điểm của chuẩn RS232
Do một số nhược điểm không truyền được đi xa nên chuẩn RS232 chỉ dùng trong phạm vi văn phòng
Nếu đi theo chuẩn RS232 thì việc kết nối rs232 với các thiết bị sẽ hạn chế hẳn vì chuẩn rs232 chỉ thực hiện giao tiếp giữa 2 thiết bị point – to – point
Chuẩn RS485 là gì
Thực ra; Truyền thông RS485 là sự phát triển tiến hóa của RS232. Hay nói cách khác thay vì truyền thông Rs232 chỉ nhận được dữ liệu ở khoảng cách gần thì Rs485 sinh ra để thu nhập dữ liệu ở những khoảng cách xa hơn
Ưu điểm của chuẩn truyền thông Rs485
Thằng Rs485 ngoài việc nhận dữ liệu ở xa max 1200 mét nó còn:
- Trên 1 đường truyền tín hiệu nó có thể hỗ trợ một mạng lên tới 32 trạm thu phát
- Bên cạnh đó một số nơi có nhiều trạm giao tiếp diện rộng cũng cần 1 chuẩn tín hiệu truyền được đi xa với độ chính xác cao và tốc độ truyền nhanh + Ổn định
Nhược điểm RS485
Rs485 chỉ có 1 nhược điểm duy nhất đó chính là tốc độ của nó không bao giờ bằng Con Rs232
RS-232 và RS485 có gì khác nhau
Thực chất Rs485 được mở rộng là nhờ nền tảng có sẵn của truyền thông Rs232. Tuy nhiên giữa chúng khác biệt về:
- Tốc độ truyền tín hiệu
- Khoảng cách truyền tín hiệu
- Nguyên lý hoạt động của cổng RS232 thực tế dựa trên sự chênh lệch áp giữa 3 dây của nó: Dây truyền ( Tx) – Dây nhận tín hiệu( Rx) Và dây nối đất ( GND)
- Còn truyền thông RS-485 là chuẩn truyền thông trên 2 dây Avà B. Đường truyền của RS485 cũng phụ thuộc vào sự chênh lệch 2 dây này
Cho nên; tùy vào từng ứng dụng cụ thể để chọn sử dụng truyền thông rs232 hoặc truyền thông rs485. Đôi lúc có những trường hợp có thể phối hợp 2 chuẩn truyền thông hỗ trợ cho nhau
Ứng dụng modbsu rtu trong Công Nghiệp
Modbus rtu là chuẩn truyền thông trung gian nhằm kết nối tất cả các tín hiệu truyền về từ các thiết bị công nghiệp như cảm biến áo suất, cảm biến nhiệt độ, chênh áp, đo nhiệt độ và độ ẩm; đo ph, khí co2……Trên 2 dây truyền thông RS485
Phạm vi kết nối của chuẩn modbus rtu có thể làm trung gian kết nối cao nhất 128 địa chỉ
Ví dụ:
Có 320 tín hiệu analog output ra từ các thiết bị trong hệ thống nhà máy thì biết bao nhiêu dây dẫn và tủ điện kéo về cho xuể.
Trong khi chỉ cần 40 Modbus Slave. Mỗi modbus slave nhận tối đa 8 tín hiệu analog thì tổng ta chỉ cần 40 bộ modbus slave mắc song song nhau đưa vào Gateway kết hợp với 1 bộ R-Key hoặc Z-Key để đưa thông tin lưu trữ và quan sát diễn biến trên internet
Thậm chí; các tín hiệu analog không giống nhau như 4-20mA, 0-10V, 0-5V hoặc trực tiếp các tín hiệu nhiệt độ chỉ truyền trên 2 dây thông qua các modbus đều được
Nguyên lý hoạt động truyền thông modbus rtu
Truyền thông modbus rtu hoạt động dựa trên nguyên lý Thu – Phát. Tức là như đã đề cập phía trên Master – Slave.
Trong đó:
- Master thể hiện là máy tính, điện thoại, PLC, biến tần, HMI… đảm nhiệm chức năng Thu tín hiệu ( Nhận tín hiệu từ các Slave)
- Slave là các dạng truyền thông modbus rs485 hoặc rs232 ( Đa phần là Modbus Rs485) đảm nhận vai trò gom tín hiệu từ các nơi trong nhà máy về và truyền đến các Master thông qua mạng internet trung gian
Các bộ chuyển đổi tín hiệu sang modbus rtu
Phía trên là sơ lược để bạn đọc hình dung được việc triển khai một mô hình truyền thông modbus rtu trong nhà máy như thế nào ? Và quy trình hoạt động tiếp nhận tín hiệu từ các chuẩn truyền thông modbus rtu ra sao ?
Sau đây mình xin giới thiệu đến bạn đọc một số thiết bị làm nhân tố chính để xây dựng nên mô hình truyền thông modbus giúp đáp ứng tốt dây truyền sản xuất trong nhà máy.
Bộ chuyển đổi analog sang rs485 Z-4AI
Z-4AI Seneca cho input vào tối đa 4 kênh analog 4-20mA/ 0-10V / 0-5V….Output ra từ 4 thiết bị khác nhau ra modbus rs485. Sau đó thông qua Gateway đưa về HMI, Scada, Internet
Tính chính xác gần như 99,9% với tốc độ truyền 115.200 bps
Thời gian đáp ứng 38400 baud
Phạm vi truyền tối đa 1200 mét
Bộ chuyển đổi analog sang modbus rs485 Z-8AI
Z-8AI có chức năng thu thập tối đa 8 tín hiệu analog 4-20ma hoặc 0-10v / 0.5v…..Output ra từ các thiết bị nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, co2….đưa về 1 tín hiệu modbus rtu.
Đặc biệt; các tín hiệu analog này hoàn toàn có thể xen kẽ nhau
Ví dụ:
Z-8ai có thể nhận 1 lúc 7 tín hiệu analog từ cảm biến áp suất và cảm biến đo nhiệt độ trong đó có 5 tín hiệu 4-20mA và 2 tín hiệu analog 0-10V. Hoặc nhận 4 analog 4-20mA và 3 analog 0-10V…..
Độ chính xác lên tới 0.1% với tốc độ đáp ứng < 10 ms tương đương với thời gian đáp ứng 38400 baud
Tốc độ truyền lên tới 115.200 bps
Bộ chuyển đổi tín hiệu rs485 sang analog Z-3AO
Thay vì các thiết bị chuyển đổi analog to Rs845 model Z-4AI / Z-8AI hãng seneca có khả năng nhận nhiều analog cho ra 1 modbus rs485
Trong khi Z-3AO thì trái ngược hoàn toàn. Z-3AO lại có chức năng phân giải tín hiệu modbus rs485 về lại tín hiệu analog 4-20mA / 0-10V
Bộ chuyển đổi thermocouple K, S, R, J ra Modbus rs485
Z-4TC có khả năng input max 4 tín hiệu trực tiếp từ các loại can nhiệt K, S, J… đưa thẳng về dạng truyền thông modbus rs485 với độ chính xác lên tới 0.05%
Trường hợp nhiều hơn 4 thermocouple thì ta sử dụng bộ Z-8TC seneca. Bộ này input cùng lúc 8 thermocouple cho ra output rs485
Bộ chuyển đổi RTD pt100 sang modbus rs485
Thay vì các bộ chuyển đổi Z-4TC; Z-8TC đóng vai trò làm thiết bị trung gian đưa nhiều thermocouple về modbus rs485 truyền thông 2 dây
Thì dòng Z-4RTD seneca lại đảm nhiệm chức năng chuyển đổi tín hiệu các loại cảm biến nhiệt độ pt100, pt500, pt1000 ra modbus rs485
Một bộ chuyển đổi tín hiệu Z-4RTD có khả năng nhận cùng lúc 4 cảm biến RTD ra 1 modbus rs485
Bộ chuyển đổi digital sang modbus rs485
Thiết bị chuyển đổi tín hiệu Seneca Z-D-IN có khả năng input đầu vào 5 Digital cho ra modbus rs485
Trường hợp hơn 10 digital thì ta sử dụng bộ chuyển đổi Z-10-D-IN nhận 10 Digital output ra RS485
Z-D-OUT lại có chức năng ngược lại. Nó có khả năng output 5 Digital sử dụng truyền thông rs485 dạng 2 dây
Bên cạnh đó; Bộ chuyển đổi seneca Z-10-D-OUT có khả năng output 10 Digital
Bộ chuyển đổi RS232 sang RS485 ( K107B )
Việc chuyển đổi từ rs232 to rs485 đối với bộ K107B khá đơn giản với tốc độ nhanh chóng.
Ngoài ra; K107B còn chuyển đổi RS232 sang RS232 nhằm mục đích khuếch đại tín hiệu đi xa hơn hoặc RS485 sang RS232 để tăng tốc độ tín hiệu ở phạm vi gần
Thiết bị chuyển đổi RS485 sang RS845 ( K107A )
Bộ chuyển đổi USB sang RS232 – RS485 ( S117P1 – K107USB )
Thiết bị đổi tín hiệu K107USB seneca là dòng thiết bị gắn tủ điện có chức năng chuyển đổi trực tiếp Cổng USB sang cổng RS485
Thiết bị chuyển đổi S117P thì đa năng hơn. Nó có thể chuyển đổi:
- USB sang RS232
- USB sang RS485
- Và USB cài đặt các bộ chuyển đổi tín hiệu hãng seneca
Các bộ Gateway truyền thông trên internet
Để mà đưa được thông tin dữ liệu từ các tín hiệu modbus rs485 / rs232 đến người truy cập thì ta phải kết nối tất cả các slave này vào Gateway; rồi từ Gateway tạo một địa chỉ IP đám mấy ảo lưu trữ trên đó để người dùng truy cập thông qua các phương tiện máy tính; laptop, điện thoại khi cập nhất mạng internet
Dưới đây là một số Gateway thu thập các tín hiệu modbus từ các nơi truyền về đưa lên internet thường dùng
Bộ chuyển đổi tín hiệu Z-Key
Z-Key / R-KEY / Z-Pass1 / Z-Pass2 được xem là những Gateway làm trung gian để truyền tải tất cả các dữ liệu từ các Slave truyền tới Master nhằm cung cấp thông tin chính xác để người dùng giám sát và xử lý tất cả các vấn đề trong dây chuyền sản xuất
Bộ chuyển đổi tín hiệu R- Key
Một trong những mô hình ứng dụng của Gateway R-KEY
Bộ chuyển đổi tín hiệu Z-Pass1 Z-Pass2
Một vài ứng dụng của Z-PASS1 / Z-PASS2
Báo giá hệ thống giám sát thiết bị truyền thông internet
Các bạn có thể tham khảo catalog các dòng thiết bị trong hệ thông IOT hoặc báo giá các thiết bị này tại:
HUNG PHAT AUTOMATION TECHNOLOGY CO.,LTD
Trưởng Phòng Kinh Doanh
Kỹ Sư Cơ Điện
0931 429 989 – 0972 56 05 06 – Mr. Thành
Mail: thanh.nguyen@huphaco.vn
Địa chỉ: Rosita Khang Điền; Phường Phú Hữu, Q9, TP.HCM