giao thức MODBUS

BÀI TIỂU LUẬN Mơn học: Kiến trúc máy tính mạng truyền thông công nghiệp Giảng viên môn học: Đặng Anh Việt Đề tài: MODBUS Thành viên nhóm: Đỗ Hải Đăng - 17020269 Nguyễn Việt Hưng - 17020335 Mục lục I Giới thiệu MODBUS Khái niệm Cơ chế giao tiếp 3 Cấu trúc điện II Các chuẩn MODBUS .7 MODBUS ASCII MODBUS RTU MODBUS TCP 11 MODBUS GATEWAY 14 III Tổ chức vùng nhớ bảo toàn liệu 15 Tổ chức vùng nhớ .15 Bảo toàn liệu 16 IV Những lưu ý sử dụng MODBUS .17 V Ứng dụng 18 I Giới thiệu MODBUS Khái niệm - MODBUS Modicon (hiện thuộc Schneider Electric) phát triển năm 1979, phương tiện truyền thông với nhiều thiết bị thông qua cặp dây xoắn đơn Ban đầu, hoạt động RS232, sau sử dụng cho RS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dài hơn, mạng đa điểm (multi-drop) MODBUS nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn thơng dụng ngành tự động hóa, Modicon cho mắt công chúng protocol miễn phí Cơ chế giao tiếp - MODBUS hệ thống “chủ - tớ”, “chủ” kết nối với hay nhiều “tớ” “Chủ” thường PLC, PC, DCS, hay RTU “Tớ” MODBUS RTU thường thiết bị trường, tất kết nối với mạng cấu hình multi-drop Khi chủ MODBUS RTU muốn có thơng tin từ thiết bị, chủ gửi thơng điệp liệu cần, tóm tắt dị lỗi tới địa thiết bị Mọi thiết bị khác mạng nhận thơng điệp có thiết bị định có phản ứng Các thiết bị mạng MODBUS tạo kết nối; chúng phản ứng Nói cách khác, chúng “lên tiếng” “nói tới” Một số nhà sản xuất phát triển thiết bị lai ghép hoạt động tớ MODBUS, nhiên chúng có “khả viết”, làm cho chúng trở thành thiết bị chủ ảo • Modbus chuẩn  Gặp nhiều điều khiển Modicon, sử dụng RS232  Cơ chế giao tiếp: Master/Slave  Một thơng báo u cầu có chứa địa trạm nhận, mã hàm dịch vụ, liệu kèm thơng tin kiểm lỗi • Chu trình u cầu – đáp ứng: thông báo yêu cầu bao gồm  Địa trạm nhận yêu cầu (0-247), địa gửi đồng loạt  Mã hàm yêu cầu trạm nhận thực  Dữ liệu kèm mã hàm  Thông tin kiểm lỗi Cấu trúc điện - Các đối tượng liệu: - Mô hình địa chỉ: - Mã hàm: II Các chuẩn MODBUS - Hiện nay, có 03 chuẩn modbus sử dụng phổ biến công nghiệp - tự động hóa là: Modbus RTU, Modbus ASCII, Modbus TCP Ba chuẩn có điểm giống tất tất thông điệp gửi format MODBUS ASCII - Mọi 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 - Chế độ ASCII: - Khung ASCII: + Khởi đầu khung dấu ":" + Kết thúc khung hai ký tự quay lại (CR) xuống dòng (LF) + Thời gian tối đa hai ký tự thông báo giây + Thông tin kiểm tra lỗi LCR ( Longitudinal Redundancy Check): Cộng đại số byte dãy bit nguồn, bỏ qua phần tràn , sau lấy bù hai kết MODBUS RTU - Dữ 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 từ 1200 đến 115 baud Tốc độ phổ biến 9600 đến 19200 baud MODBUS RTU protocol công nghiệp sử dụng rộng rãi nhất, viết tập trung đề cập đến sở ứng dụng - Chế độ RTU: - Khung RTU: + Khởi đầu khung khoảng trống tối thiểu 3,5 thời gian ký tự truyền + Kết thúc khung khoảng trống tối thiểu 3,5 thời gian ký tự 10 + CRC dài 16 bit, đa thức phát G=1010 0000 0000 0001 + Khoảng trống kết thúc khung trước khoảng đầu khung + Khoảng trống 1,5 thời gian ký tự ký tự khung truyền gây lỗi 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 11 - ADU & PDU Ngoài khác biệt kết nối nối tiếp mạng nêu trên, có vài khác biệt nội dung tin nhắn Bắt đầu với thông báo Modbus RTU loại bỏ SlaveID khỏi đầu CRC khỏi kết cuối PDU, Đơn vị liệu giao thức Dưới ví dụ yêu cầu Modbus RTU cho nội dung ghi giữ đầu tương tự # 40108 đến 40110 từ thiết bị nơ lệ có địa 17 11 03 006B 0003 7687 11 : Địa SlaveID (17 = 11 hex) 03 : Mã chức (đọc ghi giữ đầu tương tự) 006B : Địa liệu ghi yêu cầu (4010840001 = 107 = 6B hex) 0003 : Tổng số đăng ký yêu cầu (đọc ghi 40108 đến 40110) 7687 : CRC (kiểm tra dự phòng theo chu kỳ) để kiểm tra lỗi Loại bỏ SlaveID CRC cung cấp cho PDU: 12 03 006B 0003 - Tiêu đề MBAP Một tiêu đề byte gọi tiêu đề MBAP (Tiêu đề ứng dụng Modbus) thêm vào đầu tin nhắn Tiêu đề có liệu sau: Mã định danh giao dịch: byte đặt Khách hàng để xác định yêu cầu Các byte Máy chủ lặp lại phản hồi không nhận theo thứ tự với yêu cầu Mã định danh giao thức: byte đặt Máy khách, luôn = 00 00 Độ dài: byte xác định số byte thông báo cần theo dõi Mã định danh đơn vị: byte đặt Máy khách Máy chủ lặp lại để nhận dạng nô lệ từ xa kết nối đường nối tiếp xe buýt khác - Tóm lược Yêu cầu tương đương với ví dụ Modbus RTU 11 03 006B 0003 7687 13 Modbus TCP là: 0001 0000 0006 11 03 006B 0003 0001 : Mã định danh giao dịch 0000 : Mã định danh giao thức 000 : Độ dài tin nhắn (6 byte để theo dõi) 11 : Mã định danh đơn vị (17 = 11 hex) 03 : Mã chức (đọc ghi giữ đầu tương tự) 006B : Địa liệu đăng ký yêu cầu (40108-40001 = 107 = 6B hex) 0003 : Tổng số đăng ký yêu cầu (đọc ghi 40108 đến 40110) - Gói TCP 14 MODBUS GATEWAY - Modbus gateway thiết bị cho phép chuyển đổi qua lại giao thức Modbus RTU Modbus TCP Thông thường thiết bị có 01 cổng serial ( RS232/RS485) 01 cổng Ethernet Tại lại giao thức này? hai giao thức phổ biến, đại diện cho 02 loại cổng vật lý serial (RS232/RS485) ethernet (cổng RJ45) Thiết bị công nghiệp dùng trường nay, nhiều thiết bị hỗ trợ Modbus RTU, hỗ trợ Modbus TCP, hỗ trợ Do đó, để kết nối thiết bị trường vào hệ thống modbus chung nhà 15 máy, xí nghiệp cần 01 thiết bị phiên dịch gọi Modbus Gateway III.Tổ chức vùng nhớ bảo toàn liệu Tổ chức vùng nhớ - Mỗi thiết bị MODBUS có nhớ chứa liệu q trình Thơng số kỹ thuật MODBUS cách liệu gọi nào, loại liệu gọi Tuy nhiên, không đặt giới hạn cách thức vị trí mà nhà cung cấp đặt liệu nhớ Dưới ví dụ cách thức mà nhà cung cấp đặt loại liệu biến thiên trình hợp lý: Các đầu vào cuộn cảm rời rạc có giá trị bit, thiết bị lại có địa cụ thể Các đầu vào analog (bộ ghi đầu vào ) lưu ghi 16 bit Bằng cách sử dụng ghi này, MODBUS 16 hỗ trợ format điểm floating (nổi) IEEE 32 bit Bộ ghi Holding sử dụng ghi bên 16 bit hỗ trợ điểm floating Địa Loại Tên - 9999 Đọc viết Cuộn cảm 10001 - 19999 Chỉ đọc Đầu vào rời rạc 30001 - 39999 Chỉ đọc Bộ ghi đầu vào 40001 - 49999 Đọc viết Bộ ghi Holding Bảo toàn liệu - Mạng MODBUS chuẩn sử dụng biện pháp bảo toàn liệu mức: + Kiểm sốt khung thơng báo + Kiểm sốt ký tự khung - Có thể lựa chọn kiểm tra bit chẵn/lẻ cho ký tự khung - Cả khung thơng báo lại kiểm sốt lần mã LCR với chế độ truyền ASCII mã CRC với chế độ RTU a Kiểm soát LRC - Dùng chế độ ASCII - Dãy nguồn bit áp dụng để tính mã LRC bao gồm phần địa chỉ, mã hàm phần liệu Các ô khởi đầu , kết thúc khung khơng tham gia vào tính toán 17 - Dài bit (truyền ký tự ASVII), tính cách cộng đại số tồn cục byte dãy nguồn bit nguồn (khơng tính tràn), sau lấy phần bù kết - Khi đặt cấu hình cho thiết bị chủ, chọn khoảng thời gian timeout mà chờ đợi đáp ứng từ trạm tớ Timeout phải đủ lớn để thiết bị tớ trả lời điều kiện bình thường Nếu thiết bị tớ phát lỗi thông báo yêu cầu, khơng trả lời Vì thiết bị chủ tự nhận biết lỗi thực hành động cần thiết Một thông báo gửi tới địa trạm không tồn gây timeout b Kiểm soát CRC - Dùng chế độ RTU - Dài 16 bit - Đa thức phát sử dụng G = 1001 0000 0000 0001 - Khi đưa vào khung thông báo, byte thấp mã CRC gửi trc, byte cao IV Những lưu ý sử dụng MODBUS - Ban đầu giao thức MODBUS dành port cho việc truyền thông giao thức MODBUS Slave Khi sử dụng port cho việc truyền thơng giao thức MODBUS Slave khơng sử dụng cho mục đích khác, kể việc truyền thông với Step7 Mcrowin - MODBUS_init lệnh điều khiển phân chia port với giao thức MODBUS Slave PPI lệnh MODBUS Slave tác động lên tất vị trí liên kết truyền thơng Free port port 18 - Lệnh MODBUS Slave sử dụng chương trình chương trình ngắt lệnh sử dụng 1857 byte khoảng trống chương trình cho hai thị MODBUS Slave hoạt động thông thường Lệnh MODBUS Slave sử dụng khoảng 779 byte V-memory địa bắt đầu cho khoảng định người dùng dành riêng cho thay đổi địa MODBUS V Ứng dụng - Có thể sử dụng để kết nối máy tính giám sát với thiết bị vào từ xa ( remote terminal unit) - Được sử dụng hệ thống giám sát thu nhập liệu điều khiển SCADA 19 ... 14 MODBUS GATEWAY - Modbus gateway thiết bị cho phép chuyển đổi qua lại giao thức Modbus RTU Modbus TCP Thông thường thiết bị có 01 cổng serial ( RS232/RS485) 01 cổng Ethernet Tại lại giao thức. .. thiệu MODBUS Khái niệm Cơ chế giao tiếp 3 Cấu trúc điện II Các chuẩn MODBUS .7 MODBUS ASCII MODBUS RTU MODBUS TCP 11 MODBUS. .. việc truyền thông giao thức MODBUS Slave Khi sử dụng port cho việc truyền thơng giao thức MODBUS Slave khơng sử dụng cho mục đích khác, kể việc truyền thông với Step7 Mcrowin - MODBUS_ init lệnh