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

Thời đại 4.0 là thời đại của các ngành công nghiệp hiện đại hoá, giúp mọi thứ phát minh ra ngày càng thông minh hơn và tốc độ nhanh hơn. Hiện nay, tất cả thiết bị hầu như đều sử dụng truyền thông ethernet, nên Modbus gateway là thiết bị không thể thiếu đối với chúng ta.

Modbus gateway đóng vai trò cực kỳ quan trọng, vì chỉ cần một thiết bị duy nhất đã có thể kết nối với rất nhiều tín hiệu khác nhau tới scadar, PLC một cách nhanh chóng và bảo mật thông qua Ethernet.

Giờ chúng ta cùng nhau tìm hiệu modbus là gì? Modbus RTU và modbus TCP-IP có quan hệ như thế nào với nhau và quan trọng là Modbus Gateway là gì?

Modbus là gì?

Modbus được xem là “chủ & tớ”, “chủ” có thể được kết nối với 1 hay nhiều “tớ”.

• Trong đó “Chủ” thường là: PLC; DCS, RTU, PC.
• “Tớ” Modbus RTU thường là thiết bị hiện trường, tất cả sẽ được kết nối với mạng trong cấu hình Multi-drop.

Khi 1 chủ Modbus RTU muốn có thông tin từ thiết bị, “chủ”sẽ gửi một thông điệp về  dữ liệu cần, tóm tắt dò lỗi tối địa chỉ thiết bị. Lúc này, mọi thiết bị khác trên mạng sẽ nhận thông điệp này nhưng chỉ có thiết bị nào được chỉ định mới có phản ứng.

Các thiết bị trên mạng Modbus không thể tự tạo ra kết nối, chúng chỉ kết nối khi được “nhắc đến”.

Nói cách khác Modbus sử dụng công nghệ truyền thông trên nguyên tắc Master – slave tức quan hệ ‘chủ”- “tớ”. Các thiết bị chỉ cần dùng chung 1 chuẩn modbus RUT RS485 thì dù là hãng nào cũng có thể kết nối với nhau.

• Đây chính là điểm vượt trội của truyền thông modbus trong công nghiệp.

Modbus phân biệt slave ( thiết bị truyền tín hiệu về) và Master ( thiết bị nhận tín hiệu). Hệ thống sẽ có một hoặc nhiều Master để đọc các slave bên dưới, tuyệt nhiên các Slave không thể giao tiếp qua lại với nhau,

Modbus đã trở thành một giao thức truyền thông tiêu chuẩn thực tế và hiện là phương tiện phổ biến để kết nối các thiết bị điện tử công nghiệp.

Modbus RTU là gì?

Modbus RTU 485 nói đơn giản là một giao thức truyền thông nối tiếp với nhau. Giao thức Modbus RTU RS485 là giao thức mở, sử dụng đường truyền vật lý RS-485 hay RS-232 và mô hình dạng Master-Slave. Giao thức Modbus RTU cho phép liên lạc nhiều thiết bị được kết nối với cùng một mạng.

Ví dụ: một hệ thống cảm biến đo nhiệt độ, cảm biến mức nước hay cảm biến áp suất,…sẽ truyền tín hiệu kết quả đến máy tính.

Modbus thường được sử dụng để kết nối một máy tính giám sát theo dõi, với một thiết bị đầu cuối từ xa (Modbus RTU) trong các hệ thống điều khiển; giám sát và thu thập dữ liệu (Scada). Ưu điểm của modbus RTU RS485:

• Modbus có thể truyền đi xa.
• Chống nhiễu tốt, không bị biến dạng khi có tác động bên ngoài.

Hệ thống truyền thông qua Modbus có hai phần:

• Thiết bị truyền tín hiệu: cảm biến đo mực nước, cảm biến đo nhiệt độ; đồng hồ đo lưu lượng, bộ chuyển đổi tín hiệu modbus RTU.
• Thiết bị đọc tín hiệu: Scada, PLC, HMI,…

Các tín hiệu của thiết bị sẽ có các định danh: địa chỉ (address); Baud (tốc độ truyền) duy nhất theo qui định của nhà sản xuất. Thiết bị đọc tín hiệu phải đọc đúng địa chỉ này để đọc dữ liệu từ các thiết bị bên dưới.

Ví dụ: Hệ thống đo mực nước có 5 bồn chứa khác nhau. Trong đó 1 cảm biến siêu âm ULM-53N có tín hiệu ngõ ra Modbus RTU và 4 cảm biến đo mức nước DLM-35N hoặc cảm biến hãng khác có tín hiệu ngõ ra là 4-20mA. PLC có truyền thông modbus RTU thích hợp hoặc sử dụng modul mở rộng có chuẩn Modbus RS 485.

• Trong đó cảm biến siêu âm ULM-53N có truyền thông modbus RTU; nên PLC có thể đọc trực tiếp thông qua chuẩn RTU 485.
• Còn 4 cảm biến đo mức nước DLM-53N hoặc cảm biến khác sẽ phải dùng 1 bộ chuyển đổi tín hiệu từ 4-20mA sang modbus RTU, model Z-4AI ( nhận 4 tín hiệu) hoặc Z-8AI ( nhận 8 tín hiệu ngõ vào).
• Tại thiết bị Z-4AI mặc định thì có 4 thanh ghi: 40017; 40018; 40019; 40020 tương ứng với các input 1, input 2, input 3, input 4.
• Tại cảm biến đo mức ULM-70N có 100 thanh ghi tương ứng với các ngõ ra 0-6m, 0-10m;.. tuỳ vào khoảng cách đo của cảm biến.

Các thiệt bị đều chọn chung Baud rate 9600. Khi đó PLC sẽ quết các địa chỉ: 100; 40017, 40018, 40019,40020. Các giá trị đo sẽ hiển thị trên PLC. Ta có thể scales để quy đổi các giá trị này thành giá trị số thực theo thực tế.

Modbus TCP/IP Protocol

Modbus TCP/IP sử dụng mạng ethernet để truyền tín hiệu tới một vị trí khác trong cùng một lớp mạng. Chúng hoạt động dựa trên nền tảng Modbus RTU nhưng kết nối bằng cổng RJ45 với truyền thông qua mạng Ethernet.

Ưu điểm modbus TCP/IP:

Modbus TCP/IP giúp giảm thiểu tối đa dây dẫn.

PLC hay các thiết bị làm Master khác chỉ cần truy cập vào địa chỉ IP của thiết bị làm gateway. Từ Gateway sẽ chưa các địa chỉ của Modbus RTU. Bên trong thiết bọ chuyển đổi modbus RTU lại có nhiều thanh ghi nhỏ, mỗi thanh ghi sẽ tương ứng với một thiết bị đo mức nước hay đo áp suất.

• Nếu muốn tất cả các thiết bị đều truy cập từ xa qua Ethernet thì phải dùng Modbus gateway. Vậy modbus gataway là gì? Mình cùng tìm hiểu thêm nhé!

Modbus Gateway là gì?

Modbus gataway là gì? modbus gateway là một thiết bị trung gian, dùng để chuyển đổi qua lại giữa giao thức Modbus RTU  và modbus TCP/IP. Thông thường thiết bị sẽ có 1 cổng serial RS 232/ RS485 và 1 cổng Ethernet.

Thiết bị ở các nhà máy dùng hiện nay nhiều thiết bị chỉ hỗ trợ Modbus RTU hoặc Modbus TCP-IP. Vì vậy, để kết nối các thiết bị độc lập lại với nhau vào hệ thống modbus chung và lấy tín hiệu chung thì cần 1 thiết bị Modbus Gateway.

Ưu điểm của Modbus Gateway:

• Các tủ điện được kết nối với một modbus gateway vào router.
• Các thiết bị chung trong cùng 1 lớp mạng có thể truy cập vào địa chỉ của gateway này để lấy tín hiệu.
• Các thiết bị giám sát điều khiển có thể truy cập từ xa mà không cần kết nối bằng vật lý gataway này.
• Tốc độc truyền nhanh.

Vậy có bạn nào thắc mắc Modbus gateway có mấy loại không nè?!?! Mình mách cho các bạn luôn đây.

Modbus Gateway có 2 loại đó là Modbus TCP ethernet IP và Modbus gateway wifi. Hai thiết bị này nguyên lý hoạt động như nhau, khách nhau là 1 thiết bị dùng dây vậy lý RJ45 để kết nối; 1 thiết bị dùng sóng Wifi để kết nối.

Lưu ý: cùng một lớp mạng mà có nhiều thiết bị gateway cần tuỳ chọn nhiều địa chỉ IP khác nhau để trành xung đột nhầm lẫn giữa các Cient với nhau nha các bạn.

Giờ chúng ta cùng tìm hiểu sâu hơn về loại modbus này nhé!

Phân loại chuẩn Modbus

Hiện nay, chuẩn modbus được biết đến và sử dụng phổ biến trong nhà máy, khu công nghiệp gồm có 2 chuẩn: Modbus TCP Ethernet-IP & modbus Gateway Wifi.

Modbus TCP Ethernet IP

Sơ đồ bên trên thì gateway modbus TCP Ethernet IP là bộ R-KEY-LT. Thiết bị này dùng để giao tiếp các thiết bị đo lường, cơ cấu chấp hành, các loại cảm biến,…Tất cả sẽ gom chung lại vào R-KEY-LT và kết nối với mạng internet thông qua cổng RJ45. Các thiết bị nhà máy sẽ được truyền với nhau qua đường truyền inthernet. R-KEY-LT đóng vai trò trung gian truyền dẫn các thiết bị với nhau.

Nguyên lý chuyển đổi tín hiệu giữa modbus RTU sang modbus TCP enthernet IP. Bộ R-KEY-LT có thể cấu hình địa chỉ IP thông qua phần mềm SDD của hãng cung cấp miễn phí.

Modbus Gateway wifi

Mình sẽ vẽ ra mô hình ví dụ cho các bạn dễ hình dung, các bạn hãy nhìn sơ đồ bên dưới:

Sơ đồ gồm có:

• Z-KEY-WIFI: Nhận max 128 thiết bị Z-4AI, Z8AI, PLC.
• R-KEY-LT: nhận max 128 thiết bị Z-4AI hoặc Z-8AI.
• Z-4AI: nhận max 4 tín hiệu analog từ cảm biến siêu âm, cảm biến đo áp suất,..
• Z-8AI: nhận max 8 tín hiệu analog 4-20mA từ cảm biến siêu âm, cảm biến đo áp suất,..
• Cảm biến đo áp suất
• Cảm biến đo mức nước siêu âm
• Cloud: nơi lưu trữ dữ liệu.

Bộ Z-KEY-WIFI là modbus gateway Wifi, thiết bị này có đặc điểm vượt trội hơn bộ R-KEY-LT vì vừa có thể dùng kết nối có dây bằng RJ45 vừa có thể kết nối không dây qua chuẩn wifi 2.4G. Còn về kết nối qua dây ethernet hay qua wifi thì đều như nhau nha các bạn.

Ưu điểm bộ Z-KEY-WIFI:

Bộ Z-KEY-WIFI sử dụng làm modbus Gateway giúp tiết kiệm không gian lắp đặt và tăng tính thẩm mỹ cũng như độ chuyên nghiệp; khi vừa là gateway vừa là bộ kết nối ethernet tương tự như Router mini.

Các tủ điện không cần kéo ethernet tới tủ; chỉ cần có sóng wifi là có thể giao tiếp với hệ thống mạng của nhà máy.

Modbus gateway là thiết bị không thể thiếu khi mà các tủ điện ngày càng nhỏ gọn và hệ thống nhà máy cần đáp ứng nhanh.

Nơi bán bộ chuyển đổi modbus và giải pháp Modbus Gateway ưu tín

Như vậy mình đã giới thiệu đến với các bạn tất tần tật các kiến thức về modbus gateway là gì? Nếu các bạn có nhu cầu mua bộ R-KEY-LT hay R-KEY-WIFI thì hãy liên hệ cho mình theo thông tin bên dưới.

Chúc các bạn thành công!

Liên hệ

Kỹ Sư Cơ – Điện Tử

Mr. Trọng

Mobi/Zalo: 0975 116 329

Mail: trongle@huphaco.vn