Tìm hiểu về mạng modbus và profibus

- Họ PROFIBUS có 3 ki u giao thể ức là: PROFIBUS DP, PA, FMS trong đó PROFIBUS-DP được sử dụng rộng rãi nhất hi n nay.. ứ ụ + PROFIBUS FMS là một bus điều khiển được sử ụng để d giao ti

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VÀ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

Mục l c ụ

1 M NG PROFIBUSẠ 1

1.1 T ng quan v m ng Profibusổ ề ạ 1

1.2 Đặc điểm của m ng Profibusạ 2

1.3 K ết nối các thi t b trong m ng Profibusế ị ạ 2

1.4 Thi ết lập địa ch cho các thi t b trong m ng Profibus ( Master and Slave )ỉ ế ị ạ 4

1.5 Các kiểu trao đổi d ữ liệu gi a Master và Slave trong mữ ạng Profibus 7

1.6 C ấu trúc khung dữ liệu trong m ng Profibusạ 8

1.7 Các thiết bị làm Master và Slave trong m ng Profibusạ 8

1.8 Các module tín hiệu đượ ử ục s d ng trong m ng Profibusạ 9

1.9 Ứng dụng mạng Profibus 11

1.9.1 Kết n i h ố ệ thống 11

1.9.2 Đặt địa chỉ cho tham s ố biế n t ần 12

1.9.3 Cài đặt tham s cho bi n tố ế ần 12

1.9.4 Chương trình điều khiển biến t n qua Profibus ( bao g m các chầ ồ ức năng : Start , Stop , thay đổi tốc độ cho bi ến tần , đọc tham s t ố ốc độ ừ biế t n t n )ầ 13

2 MẠNG MODBUS 16

2.1 T ổng quan v m ề ạng Modbus 16

2.2 Đặc điểm của m ng Modbusạ 18

2.3 K ết nối các thi t b trong m ng Modbusế ị ạ 19

2.4 Thi ết lập các địa chỉ cho các thi t b trong m ng Modbus ( Slave và Master )ế ị ạ 21

2.5 Các kiểu trao đổi d ữ liệu gi a Master và Slave trong mữ ạng Modbus 26

2.6 C ấu trúc khung dữ liệu trong m ng Modbusạ 26

2.7 Các thiết bị làm Master và Slave trong m ng Modbusạ 27

2.8 Các module tín hiệu đượ ử ục s d ng trong m ng Modbusạ 27

2.9 Ứng dụng mạng Modbus 28

2.9.1 Kết n i h ố ệ thống 28

2.9.2 Đặt địa chỉ cho tham s ố biế n t ần 28

2.9.3 Cài đặt tham s cho bi n t n ( tham số ế ầ ố động cơ , tham số truyền thông qua m ng )ạ 28

2.9.4 Chương trình điều khiển biến tần qua mạng Modbus ( Start , Stop , thay đổ ốc độ i t cho biến tần , đọc tham s t ố ốc độ ừ biế t n t n )ầ 29

1 MẠNG PROFIBUS

1.1 T ổng quan v m ng Profibus ề ạ

- PROFIBUS (Process Field Bus) là m t chu n cho truy n thông fieldbus ộ ẩ ềtrong kỹ thuậ ự t t động hóa và được phát tri n lể ần đầu vào năm 1989 bởi BMBF (phòng giáo dục và nghiên cứu Đức) và sau đó đượ ử ục s d ng bởi Siemens Trong s n xuả ất, các ứng d ng t ụ ự động hóa quá trình công nghi p ệ

và t ự động hóa tòa nhà, các mạng trường n i ti p (serial fieldbus) có th ố ế ểhoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin giữa các h thống ệ

tự động hóa và các thiết bị hiện trường phân tán Chuẩn này cũng cho phép các thiết bị của nhiều nhà cung c p khác nhau giao ti p v i nhau mà không ấ ế ớcần điều chỉnh giao diện đặc biệt

- Họ PROFIBUS có 3 ki u giao thể ức là: PROFIBUS DP, PA, FMS trong đó PROFIBUS-DP được sử dụng rộng rãi nhất hi n nay ệ

+ PROFIBUS DP là bus c p thiấ ết bị ỗ trợ ả h c tín hiệu tương tự và tín hi u ệphân tán PROFIBUS DP được sử ụ d ng rộng rãi cho các đối tượng như hệthống I/O, điều khiển động cơ và biến tần Profibus DP truyền thông với tốc

độ từ 9,6 Kbp -12 Mbp trong phạm vi từ 100-1200m Nó là PROFIBUS hoạt động trên giao di n RS485 chuệ ẩn và đã được bổ sung một số đặc điểm

để phù hợp v i các ứng dụng quá trình như đọc/ghi dữ liệu quá trình không ớtheo chu kì, truyền tr ng thái thi t b , c p ngu n trên bus và an toàn nạ ế ị ấ ồ ộ tại i PROFIBUS DP được thiết kế để truyền dữ liệu tốc độ cao tại c p thiết bị ấTrong trường h p này, các bợ ộ điều khi n trung tâm (PLC, PC) giao ti p vể ế ới các thiết bị hiện trường phân tán của chúng (I/O, drive, van…) qua một liên

kết nối tiếp tốc đ cao H u h t quá ộ ầ ế trình tru ền d y ữ liệu v i các thi t b ớ ế ịphân tán này được thực hi n theo chu kì ệ

+ PROFIBUS PA là một fieldbus có chức năng toàn diện thường được sửdụng cho thiết bị ấ c p quá trình PROFIBUS PA truy n thông về ới tốc độ31,25 Kbp v i ph m vi tớ ạ ối đa 1.900m/phân đoạn Chuẩn này được thiết kếcho những ng d ng Intrinsically Safe ứ ụ

+ PROFIBUS FMS là một bus điều khiển được sử ụng để d giao ti p giế ữa DCS và các hệ thống PLC

- Cấu trúc liên kết mạng: C u trúc tuy n (bus) , C u trúc m ch vòng (ring) , ấ ế ấ ạCấu trúc hình sao (star)

- Phương thức truyền thông: DP: đồng đẳng (peer-to-peer), multicast hay master-slave theo chu kì (s d ng k ử ụ ỹthuật token passing) PA: khách/ch ủ(client/server), Publisher/subscriber, sự ki n (event) ệ

(http://www.dia.uniroma3.it/autom/Reti_e_Sistemi_Automazione/PDF/Profibus%20Te chnical%20Overview.pdf ) ( Page 5,6 / 36 )

( https://vi.wikipedia.org/wiki/Profibus )

- PROFIBUS s d ng pử ụ hương tiện truy n tin xoề ắn đôi và RS485 chuẩn công nghiệp trong các ng d ng s n xuứ ụ ả ất hoặc IEC 1158-2 trong điều khi n quá ểtrình PROFIBUS cũng có thể sử dụng Ethernet/TCP-IP

- PROFIBUS là một mạng Fieldbus được thiế ế đểt k giao ti p giế ữa máy tính và PLC Dựa trên nguyên tắc token bus không đồng bộ ở chế độ thời gian thực, PROFIBUS xác định mối quan hệ truy n thông giữa nhiều master và giữa ềmaster-slave, v i khớ ả năng truy cập theo chu kì và không theo chu kì, tốc độtruyền tối đa lên tới 500 kbit/s (trong một số ứ ng d ng có th lên t i 1,5Mbp ụ ể ớhay 12Mbp) Kho ng cách bus tả ối đa không dùng bộ ặ l p (repeater) là 200m và nếu dùng bộ l p kho ng cách tặ ả ối đa có thể đạt được là 800m Số điểm (node) tối đa nếu không có b l p là 32 và là 127 n u có b l p ộ ặ ế ộ ặ

(http://www.dia.uniroma3.it/autom/Reti_e_Sistemi_Automazione/PDF/Profibus%20Te chnical%20Overview.pdf ) ( Page 5,6,7/ 36 )

1.3 K ết nối các thi t bế ị tro ng mạ ng Profibus

Hình 1.3a : Kết nố i các thi ết bị qua m ng Profibus ạ(https://www.auser.fi/wp-

W3FrepnMHne1pi1_-sYNUTURYm57mwoY) ( Page 5/234 )

Hình 1.3b : Kết nố i các thi ết bị qua Profibus b ng Profibus cable ằ

1.4 Thiết lập địa chỉ cho các thiết bị trong mạng Profibus ( Master and Slave )

Hình 1.4a: Địa chỉ các thiết bị trong m ng Profibus ạ

• Cách cài đặt địa chỉ cho Master trong mạng Profibus

- Đầu tiên chúng ta cài đặt Station 1 làm Master

- Tiếp theo chúng ta cài đặt địa chỉ cho Master

• Cách cài đặt địa chỉ cho Slave trong mạng Profibus

- Cài đặt Station 2 làm Slave

- Cài đặt địa chỉ cho Slave

1.5 Các kiểu trao đổi dữ liệu giữa Master và Slave trong mạng Profibus

- Profibus DP uses two types of transmission services

SRD ( Send and Request Data with acknowledge )

With SRD , data is sent and received in one telegram cycle That is, the master sends output data to the slave and receives input data from the slave in its response (if applicable) within a specified period of time The important thing to remember about this service, is that a master may send output data to a slave and request input data from the slave in its response, all in a single telegram cycle This is the transmission service most often used in ProfiBus DP that makes the data exchange very efficient for mixed I/O devices

SDN ( Send Data with No acknowledge )

This service is used when a message must be sent simultaneously to a group of slaves (multi-cast), or all slaves (broadcast) Slaves do not respond or acknowledge broadcast or multi-cast messages

- Profibus FMS one types of transmission services

SDA ( Send Data with Acknowledge )

SDA, with data sent to a master or slave and a short acknowledgement sent in response This is not used in ProfiBus DP and is not covered here

( http://www.diit.unict.it/users/scava/dispense/II/Profibus.pdf ) (Page 14 / 42)

1.6 Cấu trúc khung d u trong m ữ liệ ạng Profibus

Hình 1.6a : Cấ u trúc khung d ữ liệ u trong m ng ạ Profibus

Hình 1.6b : Chi tiế ấu trúc khung d li u t c ữ ệ

(http://www.diit.unict.it/users/scava/dispense/II/Profibus.pdf) ( Page 15,16 / 42 )

Các loại thi t bế ị được phân loại dựa trên công việc trong mạng Profibus :

DP Slave :

o Không có vai trò kiểm soát truy c p bus ậ

o Là các thiết b vào, ra ị

(https://industrial.softing.com/uploads/softing_downloads/Softing_WhitePaper_P ROFIBUSDP_Master_EN.pdf?fbclid=IwAR37OF-

sSfDeEQShZGYXj6o9USzeA8b9VH350xjhwNwu3_PzSmZC_WflbK4 ) ( Page 6 / 24 )

Hình ảnh minh họa các thiết bị Master and Slave trong m ng Profibus ạ

Hình 1.7 : Ví dụ kế ối các thiế ị Master và Slave t t n t b

(

https://www.sbc-support.com/uploads/tx_srcproducts/26-860_ENG_Manual_ProfibusDP.pdf ) ( Page 15 / 114 )

Các module tín hiệu được sử ụ d ng trọng m ng Profibus bao g m : ạ ồ

Profibus Module Interface

Các module chuyển đổi

Các module m r ng : ET200 , Repeater , I/O link , OPT ( Optical Buở ộ s Terminal )

Hình 1.8a : Module m r ng ET 200M ở ộ(https://cache.industry.siemens.com/dl/files/591/35222591/att_105793/v1/mn _pbnets_76.pdf ) ( Page 29 / 350)

Hình 1.8b: Kết n i b ố ộ R epe ater

(https://cache.industry.siemens.com/dl/files/591/35222591/att_105793/v1/mn_pbnet s_76.pdf ) ( Page 26/ 350 )

1.9.2 Đặ ị t đ a chỉ cho tham số biến tần

Hình 1.9.2: Cài đặ t m ạng và a ch cho bi n t n đị ỉ ế ầ

1.9.3 Cài đặt tham s cho biố ến tầ n

Hình 1.9.3 : Chọn Marco làm vi ệc cho bi n t n ế ầ

chức năng : Start , Stop , thay đổ ốc độ i t cho biến tần , đọc tham s tố ốc đ ừ biến tầộ t n )

Hình 1.9.4a : Chương trinh điều khiển biến tần

H ình 1.9.4b : Các Marco c a bi n t n ủ ế ầ

H ình 1 9.4c : Thông s ố khởi chạy biế ầ n t n

2 MẠNG MODBUS

2.1 T ổng quan v m ng Modbus ề ạ

- MODBUS do Modicon (hi n nay thu c Schneider Electric) phát triệ ộ ển năm

1979, là một phương tiện truy n thông về ới nhiều thiết bị thông qua một cặp dây xoắn đơn Ban đầu, nó hoạt động trên RS232, nhưng sau đó nó sử ụ d ng cho cả RS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dài hơn, và mạng đa điểm (multi-drop) MODBUS đã nhanh chóng trở thành tiêu chu n thông d ng trong ẩ ụngành tự động hóa, và Modicon đã cho ra mắt công chúng như một protocol miễn phí

(https://www.halvorsen.blog/documents/technology/resources/resources/modbus/Modbu s%20Overview.pdf) ( Page 1 / 34 )

- Modbus là m giao thột ức truyề thông l p ng d ng , n ớ ứ ụ được định vị ở ớ l p th 7 ứcủa mô hình OSI , cung c p giao tiấ ếp client/server giữa các thiết bị được kết

nối trên các l ại bus hoo ặc network khác nhau Ngày nay , sự ỗ trợ cho c u h ấtrúc đơn giản và tao nhã của Modbus ti p t c phế ụ át triển C ng ộ đồng Internet có

thể truy cập Modbus tại cổng h ệ ống dành rith êng 502 trên TCP/IP Stack

- Modbus là một giao th c yứ êu cầu/ đáp ứng ( request / reply ) và cung c p cấ ác

dịch ụ được chỉ định bv ởi mã ch c nứ ăng , mã hàm ( function code ) Mã ch c ứnăng Modbus là các thành phần củ Modbus request/reply PDUs ( protocol a data unit b d li u giao th c ) – ộ ữ ệ ứ

- Modbus đang được kết nối bằng nhi u giao thề ức khác nhau :

TCP/IP Ethernet

Truyền n i ti p không ố ế đồng b qua nhi u phộ ề ương ti n khác nhau ( dây ệdẫn :EIA/TIA- 232 ,EIA – 422 , EIA/TIA – 485 ,s i quang , radio ợ … ) Modbus Plus , một mạng truyền mã thông báo ( truyền th x ẻ ác thức ) tốc độ cao – a high speed token passing netwo rk

Hình 2.1 a Gói truy n thông Modbus : ề

- Giao thức Modbus cho phép giao ti p d dàng tế ễ rong tất cả các loại ki n trúc ếmạng

- Mọi loại thiết bị ( PLC, HMI, Control Panel, Driver, Motion control, I/O Device ) có th s d ng giao ể ử ụ thức Modbus để ắt đầ b u một h t oạ động t xa ừ

- Giao tiếp tương tự ũ c ng có th ể được thực hiện trên đường nố ếp c ng nhi ti ũ ư trên mạng lưới Ethernet TCP/IP Các Gateway cho phép giao ti p giế ữa một số loại bus hoặc network b ng giao thằ ức Modbus

Hình 2.1b : Cấ u trúc m ng Modbus ạ

( http://www.modbus.org/docs/Modbus_Application_Protocol_V1_1b.pdf ) ( Page 2,3 / 51 )

- Giao thức Modbus có 2 phương thức truy n d n : ề ẫ

MODBUS Serial Line otocol ( TPr ruyền thông nối tiếp qua RS232 , RS485 gồm 2 chế độ truyền RTD v ASCII )à

o Modbus qua giao th c truy n n i ti p là giao thứ ề ố ế ức Master/Slave Giaothức này di n ra c p 2 cễ ở ấ ủa mô hình OSI Một hệ thống ki u ểMaster/Slave có một n –út node ( nút chính m– aster node ) đưa ra các lệnh rõ rang cho một n ‘ slave vút ’ à áp đ ứng quá trình Các nút slave thường s không truy n dẽ ề ữ liệu mà không có yêu cầu t nút ừ

chính và không giao ti p vế ớ ác slave kh i c ác

o Ở cấp độ ật lý , Modbus trên các h thống truyền d n nối ti p có v ệ ẫ ếthể s d ng các giao di n vử ụ ệ ật lý khác nhau ( RS485, RS232 ) Giao diện hai dây ( Two – wire interface ) TIA/EIA- 485 ( RS485 ) là ph ổbiến nhất Là một tùy ch n b sung , giao diọ ổ ện RS – 485 b n dây ( ốFour – wire interface ) c ng có ũ thể được triển khai Một giao di n ệnối tiếp TIA/EIA-232E ( RS – 232 ) cũng có th ể được làm giao di n, ệkhi ch c n giao ti p poỉ ầ ế int to point kho ng cở ả ác ngắ n

MODBUS over TCP/IP Protocol ( Truyền thông qua giao thức TCP/IP qua Ethernet )

Hình 2.2 : MODBUS Protocol and ISO/OSI Model

- Giao thức truyền thông l p ng d ng Modbus , ớ ứ ụ được định vị ở ấ c p 7 của mô hình OSI, cung cấp phương thức truyền thông Server/Client giữa các thiết bịđược kết nối trên các bus và network Trên đường truyền nối tiếp Modbus , vai

trò máy khách client – role được cung c p b i Mấ ở aster của bus n i ti p vố ế à các

nú Slavet s đóng vai trò là máy chủ

o Modbus TCP uses Ethernet

- Modbus ASCII sử d ng ngôn ng ASCII trong giao th c giao ti p ụ ữ ứ ế

- Modbus RTU :

Sử d ng d li u ki u nhụ ữ ệ ể ị phân trong giao th c giao ti p ứ ế

Giao thức giao ti p Modbus RTU s d ng là RS 485 , RS 232 ế ử ụ – – Giao tiếp trong Modbus RTU yêu c u ph i biầ ả ế hoặc xác t định đượ ỉ l c t ệbaud, nh d ng kí t , sđị ạ ư lave ID , …Chỉ ầ c n chi tiết không phù h p s ợ ẽkhông k t nế ối được

Modbus TCP/IP sử d ng Port nh d ng 502 ụ đị ạ

Modbus TCP/IP s d ng thu t ng ( ử ụ ậ ữ Server / Client ) thay v ( Masterì / Slave )

- Khác biệt cơ bản giữ Modbus a RTU và Modbus TCP/IP là Modbus TCP chạy trên lớp vật l Ethý ernet còn Modbus RTU là một giao thức nối tiếp

(https://www.halvorsen.blog/documents/technology/resources/resources/modbus/Modbu s%20Overview.pdf ) ( Page 15, 16, 17/ 34 )

2.3 K ết nối các thi t bế ị trong mạng Mod bus

- Kết nối thi t bế ị qua phương thức truyền d n : ẫ MODBUS Serial Line Protocol

Two – wire MODBUS Definition ( Kết n i 2 dố ây theo tiêu chu n ẩ

EIA/TIA – 485 )

Do dây thứ 3 thực chấ à dây nốt l i chung ( common ) nên ch còn l i 2 ỉ ạdây

Optional Four – Wire MODBUS Definition

Khả năng tương thích giữa Two – Wire và Four W– ire

- Kết thi t bế ị qua phương thức truyền d n : MODBUS over TCP/IP ẫ Protocol

Các thiết bị kết nối b ng cable Lan ằ

Hình 2.4 b: Data type of MBUS_CONTROL FUNCTION

Các tham số của hàm khởi tạo Modbus :

o EN : Cho phép truy n nh n ề ậ

o Mode : Chọn l a giao ti p truy n thông cho c ng giao ti p PLC ự ế ề ổ ế+ Mode = 0 : Chu n PPI ẩ

+ Mode = 1 : Chu n Modbus ẩ

o Baud : Tốc độ truyền thông

o Parity : Ki m tra chể ẵn l ẻ

o Timeout : Thời gian đợ đáp ứng t Slave i ừ

MBUS MSG : Truyền nh n d ậ ữ liệu

Hình 2.4 c: MBUS_MSG FUNCTION

Hình 2.4 d : Data Type of MBUS_MSG FUNCTI ON

C ác tham số ủa h c àm MBUS MSG :

o EN : Cho phép hàm hoạt động

o First : Kích ho t vi c truy n nh n d li u ạ ệ ề ậ ữ ệ

o Slave : a ch c a Slave 1 n 247 Đị ỉ ủ đế

o RW : Ngõ vào điều khi n ể đọc ghi d u ữ liệ

+ RW = 0 : Đọc dữ u t Slave v Mliệ ừ ề aster + RW = 1 : Ghi dữ liệu từ Master đến Slave

o Addr : Địa ch Modbus trong Slaỉ ve

o Count : S lố ượng bit hay word dữ ệu được đọ li c hay ghi

o DataPtr : Con trỏ địa ch ỉ: Chỉ vùng nh V trong S7 – 200 tại Mớ aster

o Done : Ngõ ra báo hi u việ ệc ghi hay đọc đã hoàn t t ấ

o Error : Byte báo lỗi trong trường h p x y ra lợ ả ỗi