IoT là gì? Modbus RTU là gì?

Chắc hẳn gần đây; bạn đã từng không ít lần nghe đến cụm từ “IoT” hoặc “mạng lưới vạn vật kết nối”. Đây là một khái niệm là lạ đối với người bình thường; tuy nhiên đối với ngành công nghiệp tự động, thì khái niệm này đã được ra đời từ rất lâu. Và chắc chắn bạn cũng sẽ có cùng thắc mắc như mình: IoT là gì? Mạng lưới vạn vật kết nối là gì? Giao thức Modbus RTU là gì? Ưu điểm của giao thức Modbus RTU? Modbus RTU RS232 và Modbus RTU RS485 khác nhau ra sao? Ta sẽ cùng nhau tìm hiểu trong bài viết sau.

Internet of Thing (IoT) là gì?

Nói một cách đơn giản, IoT là tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau. Việc kết nối có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng di động (3G/4G), bluetooth, hồng ngoại…Cụm từ này được đưa ra bởi Kevin Ashton vào năm 1999. Ông là một nhà khoa học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng như một số loại cảm biến khác.
Mỗi một vật thể khi tham gia vào thế giới của IoT sẽ được cấp phát một 1 mã định danh nhất định để liên lạc với nhau. Việc định danh này tương tự như cấp phát địa chỉ IP trong mạng LAN hoặc Internet, chỉ khác là nó sẽ rộng hơn rất rất nhiều.

Ứng dụng của IoT:

IoT có ứng dụng rất nhiều trong đời sống hiện nay, đơn giản nhất mà chúng ta có thể thấy đó chính là hệ thống nhà thông minh smarthome. Chỉ cần 1 chiếc điện thoại có kết nối internet, ta có thể điều khiển tất cả các thiết bị trong nhà, kể cả khi chúng ta không có mặt ở nhà.
Còn trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa, chúng ta có thể hình dung là có thể ngồi ở 1 nơi rất rất xa các thiết bị trong nhà máy, chỉ cần có kết nối internet, ta vẫn biết được thông tin về tình hình hoạt động trong nhà máy: nhiệt độ ra sao, áp suất thế nào?
Vì thế hiện nay các nhà sản xuất các loại thiết bị công nghiệp đã dần dần chuyển hướng sang lĩnh vực này, lĩnh vực IoT trong công nghiệp tự động. Và để thực hiện việc đó, người ta đã phát triển một giao thức riêng để truyền tín hiệu thay cho tín hiệu analog 4-20mA hoặc 0-10V.
Và đó chính là giao thức Modbus RTU.

Modbus RTU là gì?

Năm 1979 , Modbus được phát triển bởi Modicon ( nay thuộc về schneider ) để đồng bộ với bộ điều khiển PLC tại thời điểm lúc đó .
Giao thức Modbus RTU là một giao thức dạng mở, được dùng để truyền thông tín hiệu giữa các thiết bị điện tử với nhau theo mô hình Master-Slave. Trong đó các Slave sẽ làm nhiệm vụ truyền tín hiệu cho các Master, còn Master sẽ nhận tín hiệu từ các Slave để phân tích, xử lý theo yêu cầu người dùng.

Nguyên lý hoạt động của giao thức Modbus RTU?

Trong mô hình OSI, Modbus nằm ở tầng 7, tức là tầng Application. Giao thức này cung cấp khả năng truyền thông Master/Slave giữa các thiết bị được kết nối thông qua các bus hoặc network.
Trong một mạng chuẩn sẽ có 1 Master chính làm nhiệm vụ nhận tín hiệu và tối đa 247 Slave. Thông thường Master sẽ là PLC;PC … còn Slave sẽ là các loại thiết bị cảm biến nhiệt độ; cảm biến áp suất, cảm biến đo mức nước…Khi Master cần thông tin; nó sẽ truyền một gói dữ liệu xuống tất cả các Slave; tuy nhiên chỉ có 1 Slave được chỉ định mới nhận được tín hiệu này.

Các loại giao thức Modbus RTU trong công nghiệp:

Trong công nghiệp – tự động hoá có 03 loại Modbbus thông dụng Modbus RTU , Modbus ASCII , Modbus TCP/IP . Sự khác nhau giữa các loại Modbus như sau:

Modbus RTU:

Mã hoá dạng nhị phân với 1 byte dữ liệu và một byte truyền thông có tốc độ truyền 9600 – 57600 baud. Đây là chuẩn Modbus được dùng khá nhiều trong nhà máy hiện nay.

Giao thức Modbus ASC II:

Đươc mã hoá dạng hexadecimal – 4 bit , cần 2 byte truyền thông cho một byte thông tin .

Modbus TCP/IP:

Modbus TCP là modbus RTU qua internet hay còn gọi là Modbbus IP tương ứng với một địa chỉ là một IP. Loại giao thức Modbus TCP/IP có ưu điểm là ta có thể truy cập từ mọi nơi, chỉ cần có internet.
Ví dụ như bạn có thể ngồi tại nhà và quan sát các thiết bị trong nhà máy.
Rất tuyệt vời đúng không nào.

So sánh sự khác nhau giữa các loại giao thức Modbus:

Giữa Modbus RTU và Modbus TCP/IP:
Sự khác nhau cơ bản giữa MODBUS RTU và MODBUS TCP ( còn được gọi là Modbus IP, Modbus Ethernet hay Modbus TCP/IP) là Modbus TCP chạy ở cổng vật lý Ethernet (cổng mạng LAN thường thấy trên máy tính) và Modbus RTU thì chạy ở cổng vật lý serial nối tiếp ( RS232 hoặc RS485).
Giữa Modbus RTU và Modbus ASC II:
Điểm khác nhau cơ bản nhất; là Modbus RTU sẽ mã hóa gói tin theo dạng nhị phân khi Slave truyền về Master; chúng ta sẽ không đọc được trực tiếp tín hiệu này còn Modbus ASC II thì vẫn có mã hóa nhưng chúng ta vẫn đọc được trực tiếp trên gói tin.
Một điểm đặc biệt trong giao thức Modbus là trong một đường truyền dẫn Modbus; tất cả các giao thức phải là giống nhau; có nghĩa là Modbus ASCII không thể giao tiếp với modbus RTU và ngược lại.

Cấu trúc 1 bản tin của giao thức Modbus RTU:

Một bản tin Modbus RTU bao gồm: 1 byte địa chỉ  –  1 byte mã hàm – n byte dữ liệu – 2 byte CRC như hình ở dưới:

Chức năng và vai trò cụ thể như sau:

• Byte địa chỉ: xác định thiết bị mang địa chỉ được nhận dữ liệu (đối với Slave) hoặc dữ liệu nhận được từ địa chỉ nào (đối với Master). Địa chỉ này được quy định từ 0 – 254
• Byte mã hàm: được quy định từ Master, xác định yêu cầu dữ liệu từ thiết bị Slave. Ví dụ mã 01: đọc dữ liệu lưu trữ dạng Bit; 03: đọc dữ liệu tức thời dạng Byte; 05: ghi dữ liệu 1 bit vào Slave; 15: ghi dữ liệu nhiều bit vào Slave …
• Byte dữ liệu: xác định dữ liệu trao đổi giữa Master và Slave.
  • Đọc dữ liệu:
    • Master:  2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ dài dữ liệu
    • Slave: 2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ dài dữ liệu – n byte dữ liệu đọc được
  • Ghi dữ liệu:
    • Master: 2 byte địa chỉ dữ liệu  – 2 byte độ dài dữ liệu – n byte dữ liệu cần ghi
    • Slave: 2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ dài dữ liệu
• Byte CRC: 2 byte kiểm tra lỗi của hàm truyền. cách tính giá trị của Byte CRC 16 Bit

Lời kết:

Trên đây là những chia sẻ của mình về IoT và giao thức Modbus RTU. Với sự phát triển của ngành công nghiệp IoT hiện nay; rất nhiều các nhà máy đang dần áp dụng các giao thức này trong công nghiệp.  Hy vọng bài viết này có thể giải đáp câu hỏi của mọi người; về Modbus là gì hay các loại Modbus trong công nghiệp; nguyên lý hoạt động của các loại Modbus trong công nghiệp.
Nếu có gì thiếu sót, mong mọi người đóng góp ý kiến vào bên dưới. Xin cảm ơn.