1. Giới thiệu chung: Trong nền công nghiệp hiện nay,việc ứng dụng mạng truyền thông công nghiệptrong việc quản lý vận hành và giám sát ngày càng được phổ biến trong các nhàmáy, xí nghiệp và các dây chuyền sản xuất,….để đáp ứng nhu cầu đó thì càngngày càng có nhiều thiết bị chấp hành hay thiết bị điều khiển như PLC,biếntần,….được tích hợp sẵn các giao thức mạng như: Profibus, can,modbus,zigbee,simatic net,……. 2. Mobus là gì? Modbus là chuẩn truyền thông trong công nghiệp, rất hiệu quả và phổ biến, vìchúng đơn giản trong truyền nhận. Tốt của chuẩn Modbus là sự linh hoạt, và dễthực hiện. Không những các thiết bị thông minh như các microcontroller, PLC... có thể truyền thông với Modbus, mà còn các cảm biến thông minh trang bị. Modbus interface gửi dữ liệu của chúng đến các host system. Modbus, cũng cócác mở rộng cho các chuẩn truyền thông không dây và các mạng TCPIP.Với đậc điểm trên, nên ngày nay các nhà máy xí nghiệp rấtchuộn mạng Modbusnày. 3. Cấu trúc thông điệp Modbus
Thực Tập 9/7 Đề tài 1: Giao tiếp Modbus TCP/IP S7 1200/ S7 1500 với thiết bị khác I Giới thiệu Giới thiệu chung: Trong công nghiệp nay,việc ứng dụng mạng truyền thông công nghiệp việc quản lý vận hành giám sát ngày phổ biến nhà máy, xí nghiệp dây chuyền sản xuất,….để đáp ứng nhu cầu ngày có nhiều thiết bị chấp hành hay thiết bị điều khiển PLC,biến tần,….được tích hợp sẵn giao thức mạng như: Profibus, can, modbus,zigbee,simatic net,…… Mobus gì? Modbus chuẩn truyền thơng cơng nghiệp, hiệu phổ biến, chúng đơn giản truyền nhận Tốt chuẩn Modbus linh hoạt, dễ thực Không thiết bị thông minh microcontroller, PLC truyền thơng với Modbus, mà cảm biến thông minh trang bị Modbus interface gửi liệu chúng đến host system Modbus, có mở rộng cho chuẩn truyền thông không dây mạng TCP/IP Với đậc điểm trên, nên ngày nhà máy xí nghiệp chuộn mạng Modbus Cấu trúc thông điệp Modbus Trên RS232 gởi thông điệp tương tự dùng Modbus/TCP qua ethernet Gọi Modbus interface Protocol dùng khơng quan tâm kiểu kết nối Vì điều này, Modbus cho khả dễ dàng nâng cấp cấu trúc phần cứng mạng công nghiệp, không cần thay đổi lớn phần mềm Một thiết bị truyền thơng với vài Modbus node lúc, dù chúng nối với kiểu giao diện khác nhau, không cần dùng protocol khác cho kết nối Trên giao diện đơn giảng giống RS485 hay RS232, thông điệp Modbus gửi theo dạng đơn giản mạng Các hệ thống mạng linh hoạt TCP/IP qua ethernet, thơng điệp Modbus nhúng gói với định dạng cần thiết cho giao diện vật lý Trong trường hợp Modbus kiểu kết nối khác tồn giao diện vật lý lúc Mặc dù cấu trúc thông điệp Modbus peer-topeer (ngang hàng), Modbus kết nối thành mạng point-to-point multidrop Gởi thơng điệp Bốn thành phần có mặt thông điệp Cuối thành phần giống cho tất thông điệp, để dễ dàng xác định nội dung Modbus message Một hộp thoại bắt đầu master mạng Modbus Modbus master gửi message phụ thuộc vào nội dung message—slave tác động đáp ứng với Có thể có nhiều master Modbus network Địa message header dùng để định nghĩa device mà đáp ứng với message Tất node Modbus network bỏ qua message address field không thỏa mãn address riêng chúng II Phân loại Các dạng modbus phổ biến dử dụng ngày là: - Modbus/ASCII - Modbus/RTU - Modbus/TCP Tất thông điệp gửi format Sự khác loại MODBUS cách thức thông điệp mã hóa So sánh Modbus (ASCII/RTU/TCP) a) Modbus ASCII MODBUS ASCII, thơng điệp mã hóa hexadeci-mal, sử dụng đặc tính ASCII bit Đối với byte thơng tin, cần có byte truyền thông, gấp đôi so với MODBUS RTU hay MODBUS/TCP Tuy nhiên, MODBUS ASC II chậm số loại protocol, lại thích hợp modem điện thoại hay kết nối sử dụng sóng radio ASC II sử dụng tính phân định thơng điệp Do tính phân định này, rắc rối phương tiện truyền dẫn không làm thiết bị nhận dịch sai thông tin Điều quan trọng đề cập đến modem chậm, điện thoại di động, kết nối ồn hay phương tiện truyền thơng khó tính khác b) Modbus RTU Đối với MODBUS RTU, liệu mã hóa theo hệ nhị phân, cần byte truyền thông cho byte liệu Đây thiết bị lí tưởng RS 232 hay mạng RS485 đa điểm Tốc độ phổ biến 9600 đến 19200 baud MODBUS RTU protocol công nghiệp sử dụng rộng rãi c) Modbus TCP MODBUS/TCP đơn giản MODBUS qua Ethernet Thay sử dụng thiết bị cho việc kết nối với thiết bị tớ, địa IP sử dụng Với MODBUS/TCP, liệu MODBUS tóm lược đơn giản gói TCP/IP Do đó, mạng Ethernet hỗ trợ MODBUS/ IP hỗ trợ MODBUS/TCP MODBUS TCP/IP: General MODBUS frame (Khung truyền Modbus): • Valid function codes : – 127 • 256 byte max packet size • Big-Endian encoding ( byte có trọng số cao truyền trước) • Error check is CRC/LRC ( phương thức kiểm tra lỗi CRC/LRC) MODBUS transaction (error free) : • Modbus is a Master/Slave Serial Protocol ( Giao thức truyền nối tiếp) • Only Masters can initiate conversatioin ( Chỉ có Master gởi lệnh yêu cầu) MODBUS transaction (exception response) • Erorr Function = 0x80 + Function Code ( Mã lỗi) • Erorr Codes defined in specification Modbus Notes Addressing ( Địa chỉ) • Valid Slave IDs – 247 ( Địa Slave hợp lệ) • Slave ID must be unique per bus (Địa Slave không trùng bus) • Masters not have to have an address ( Master khơng thiết phải có địa chỉ) • Slaves will error when improperly addressed ( Slave bị lỗi địa khơng đúng) Communication ( Truyền thơng) • One request on the line at a time ( có yều cầu đường truyền thời điểm) • Masters must wait for responses ( Master phải đợi phản hồi) Modbus TCP Modbus protocol wrapped in TCP (Giao thức Modbus gói TCP) Checksum dropped Introduces Gateway device to Modbus (Giới thiệu thiết bị Gateway tới Modbus) Port 502 is reserved for Modbus TCP (Cổng 502 dành cho Modbus TCP) a Modbus TCP Architecture ( Kiến trúc Modbus TCP) b Modbus TCP packet • MBAP: Modbus Application Protocol Header • PDU remains the same from the MODBUS Spec • Transaction Identifier: bytes set by the Client to uniquely identify each request • Protocol ID is always 0x0000 • Length: bytes identifying the number of bytes in the message to follow • Big-Endian encoding III Giao tiếp MODBUS TCP/IP TIA Portal: ● Mã hàm Modbus 08 11 cung cấp thơng tin chẩn đốn truyền thơng thiết bị Slave ● Mã hàm Modbus mã broadcasts truyền cho tất Slave Modbus TCP instructions in your program ● MB_CLIENT: Thực kết nối TCP máy khách-máy chủ, gửi thông điệp lệnh, nhận phản hồi kiểm soát việc ngắt kết nối từ máy chủ ● MB_SERVER: Kết nối với khách hàng Modbus TCP theo yêu cầu, nhận thông báo Modbus, gửi phản hồi - Cấu hình thiết bị: - Cấu hình Systerm and clock memory: MB_CLIENT e Thêm mạng thứ hai khởi tạo tập hợp biến Modbus thứ hai thể thấy hình ảnh sau: i Các biến sử dụng phép thiết lập kết nối cho máy chủ với IP cụ thể ii Khởi tạo chúng với giá trị (ví dụ: máy chủ lưu trữ IP: 0.0.0.0) có nghĩa máy chủ có IP phép truy vấn gửi liệu từ đến PLC f Thêm mạng thứ ba khởi tạo biến khác Modbus thấy hình sau: i Các biến sử dụng để cấu hình cổng từ xa cục sử dụng để trao đổi liệu qua giao thức TCP / IP ii Remote port = - có nghĩa chấp nhận kết nối từ đối tác số cổng iii Local port = 502 - cổng mà PLC chờ yêu cầu kết nối g Thêm mạng mới, đưa bảng hướng dẫn từ phía bên phải mơi trường cổng TIA, tìm kiếm lệnh MB_Server kéo thả vào mạng tạo Cấu hình hình i Sau bạn thả vào mạng tạo ra, lệnh cần thể khối liệu để sử dụng hỏi tên số Sử dụng: MB_SERVER_DB150 số Khối liệu 150 Khối tạo phần khối hệ thống phải bảo vệ đọc ii Sau đó, cấu hình MB_Server sau: Khơng ngắt kết nối ( Disconnect) Chúng ta cung cấp đường kiểu trỏ cho nơi tìm thấy liệu Modbus (P # DB152.DBX0.0 WORD 10) WORD 10 có nghĩa Client trao đổi 10 word (16 bit) liệu địa Modbus chuyển sang 40001 đến 40011 ghi giữ Lưu ý: DB152 nơi tìm thấy liệu Modbus chưa tạo Chọn loại kết nối để thụ động (như cấu hình trước đó) Thêm khối liệu (xem bước 2) với liệu trao đổi qua Modbus Tên khối liệu là: DB152_MODBUS_DATA số khối liệu: 152 a Sau khối liệu tạo ra, đóng b Chọn phần program block nhấp chuột phải vào chọn Properties c Bỏ chọn thuộc tính optimized block access tối ưu hóa kích OK d Mở lại xác định biến sau: e 4000x thuật ngữ chuyên biệt cho giao thức truyền thông Modbus đề cập đến ghi nắm giữ Một ghi giữ liệu word Mở chức FC150_Communication không mở thêm mạng Chúng tạo logic nhỏ để xác định số lượng truy vấn truyền thông lỗi Mạng khơng có ảnh hưởng thân truyền thơng lại hữu ích cho việc chẩn đoán Đảm bảo gọi FC150_Communication khối tổ chức (OB1) gọi hệ điều hành PLC chu trình PLC Mở OB1 gọi mạng FC150_Communication: Trong dự án, kích chuột phải vào PLC_1 chọn Compile All Nếu thứ thực mơ tả khơng có lỗi Lưu ý: Các ghi lưu giữ tìm thấy DB152_MODBUS_DATA tất CAS Modbus Scanner :: Configuration Thêm nhiệm vụ tham số kết nối Chúng ta quan tâm đến tùy chọn cấu hình kết nối TCP Đảm bảo cấu hình địa IP dải IP với PLC a Chèn số cổng đặt biến PLC Modbus Connection b Định cấu hình thời gian chờ c Click Add TCP Connection Chọn kết nối mới, nhấn nút Add Divice: a Slave ID khơng phải quan trọng dựa IP (điều quan trọng Modbus RTU) b Tuy nhiên, Matrikon thích số Modbus Instance bên PLC Modbus Driver Chọn thiết bị mới, nhấn nút Add Request Add Write, để đọc ghi vào địa Modbus cụ thể: a Vì S7-1200 khơng phải thiết bị gốc Modbus, tốt nên sử dụng mã hóa thơng tin ghi giữ, đảm bảo chức Modbus chọn 03 = Read Holding register cho viết 10 = Force Multiple Register b Chèn offset c Đảm bảo chiều dài ghi (hoặc offset + chiều dài) cần đọc / ghi không lớn hơn: d Nếu bạn sử dụng chức ghi chèn giá trị ghi e Đọc ghi giữ f Viết ghi: Sau bạn hoàn thành giới thiệu requests write nhấn OK cửa sổ Chọn yêu cầu yêu cầu chức ghi nhấn Bình chọn để lấy ghi liệu a Nếu bạn cần viết đọc định kỳ sử dụng tùy chọn Auto refresh b Xem kết yêu cầu ghi / đọc bảng điều khiển đầu c Lưu ý: Nếu phần mềm không tải xuống PLC, bảng điều khiển đầu hiển thị số lỗi lỗi thời gian chờ S7-1200 :: Download to PLC or start PLC Simulation environment Download application software to PLC Trước tải phần mềm ứng dụng vào PLC, chắn bạn biên soạn phần mềm ứng dụng: a Nhấp chuột phải vào PLC dự án chọn Compile -> Hardware (rebuild all) b Nhấp chuột phải vào PLC dự án chọn Compile -> Software (rebuild all blocks) Đảm bảo bạn có quyền lực PLC kết nối với mạng Ethernet a Nhấp chuột phải vào PLC dự án chọn Download to device -> Hardware configuration Việc tải xuống mở rộng cho cửa sổ thiết bị bật lên Chọn giao diện sử dụng để kết nối với PLC Đây thường card mạng điều hợp không dây Nhấn nút Search bạn có kết nối với thiết bị định tuyến / chuyển đổi, xuất danh sách Nhấn nút Load Nếu thứ tốt đẹp tải xuống cấu hình phần cứng, bạn thấy hình ảnh tiếp theo: Nhấn nút Finish bắt đầu PLC (vẫn chúng tơi khơng có phần mềm ứng dụng) b Nhấp chuột phải vào PLC dự án chọn Download to device -> Software Đi trực tuyến! Bằng cách nhấn nút Go Online: Khi trực tuyến bạn, bạn theo dõi liệu phần mềm ứng dụng: Quan sát dự án để xem liệu thứ có tốt (chỉ số xanh) Mở khối liệu sử dụng để trao đổi liệu với thiết bị Modbus khác theo dõi Modbus TCP/IP :: Read / Write to and from PLC PLC Simulator Lưu ý: Nếu bạn chạy phần mềm ứng dụng PLC Simulator thử sử dụng Modbus Scanner để đọc / ghi liệu vào PLC Simulator khơng hoạt động Nếu phần mềm PLC tải thành cơng vào PLC thời gian trao đổi liệu với PLC sử dụng giao thức truyền thông Modbus TCP: Mở Modbus Client mà cấu hình Đảm bảo địa IP Từ mô hình CAS Modbus Scanner :: Configuration thêm u cầu đọc Vì chúng tơi có: Một yêu cầu viết cho Holding Register 40001 Một yêu cầu đọc cho Đăng ký Holding 40001 40002 Chọn yêu cầu viết nhấn nút Poll: Bạn quan sát thấy địa 40001 viết với giá trị thập lục phân 0x0024 36 thập phân Trước đọc ghi giữ sửa đổi giá trị 40002 ghi: Nhấp chuột phải vào biến 40002 khối liệu DB152_MODBUS_DATA chọn modify operand Viết giá trị chọn kiểu liệu (ta sử dụng 101 thập phân) Chọn read request nhấn nút Poll: Bạn quan sát CAS Modbus Scanner giá trị đọc từ PLC ... Thay sử dụng thiết bị cho việc kết nối với thiết bị tớ, địa IP sử dụng Với MODBUS/ TCP, liệu MODBUS tóm lược đơn giản gói TCP/IP Do đó, mạng Ethernet hỗ trợ MODBUS/ IP hỗ trợ MODBUS/ TCP MODBUS TCP/IP:... thiết bị truyền thơng với vài Modbus node lúc, dù chúng nối với kiểu giao diện khác nhau, không cần dùng protocol khác cho kết nối Trên giao diện đơn giảng giống RS485 hay RS232, thông điệp Modbus. .. IP máy chủ Modbus TCP: Octet Phần 8-bit địa IPv4 32-bit Modbus TCPserver mà client kết nối giao tiếp cách sử dụng giao thức Modbus TCP Địa IP máy chủ Modbus TCP: Octet Địa IP máy chủ Modbus TCP: