Thiết kế ngoại vi và kỹ thuật ghép nối đề tài tìm hiểu về giao tiếp tcp

Dưới đây là các đặc điểm chính của Mosdbus-TCP: - Dựa trên các giao thức TCP/IP: Mosdbus-TCP sử dụng giao thức TCP/IP để truyền thông giưa các thiết bị, điều này cho phép truyền đặc tuyế

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA ĐIỆN TỬ I -🙞🙞🙞🙞🙞 -

Thiết kế ngoại vi và ký thuật ghép nối

BÁO CÁO Tìm hiểu về giao tiếp Modbus – TCP

Giảng viên: Dương Quang Duy

Nhóm thuyết trình: 11

Nhóm môn học: 02

Sinh viên thực hiện: Phạm Trung Đức - B19DCDT062

Lê Quốc Hiệp - B19DCDT074

Lê Thành Đạt - B19DCDT046

Hà Nội – 2023

Mục Lục

Lời cám ơn 5

I Giới thiệu về giao thức Modbus 6

II Các khái niệm cơ bản 6

III Kiến trúc Modbus-TCP 8

1 Cấu trúc của Modbus-TCP 8

2 Các giao thức tầng được sử dụng trong Modbus TCP 9

IV Cách thiết lập giao thức truyền bên phát và bên thu trong Mosdbus-TCP 10

V Các đặc điểm của Mosdbus-TCP 10

1 Các đặc điểm 10

2 Điểm giống và khác nhau giữa giao thức Mosdbus-TCP, Mosdbus-RTU và Mosdbus-ASCII 11

VI Các lợi ích của Mosdbus-TCP 12

VII Các ứng dụng của Modbus-TCP 12

1 Ứng dụng trong hệ thống nhà thông minh 12

2 Ứng dụng Mosdbus-TCP trong công nghiệp 13

3 Úng dụng trong hệ thống điều khiển và giám sát chất lượng 13

VIII Các vấn đề liên quan đến an ninh của Modbus-TCP 14

1 Các mối đe dọa an ninh 14

2 Các biện pháp bảo mật được sử dụng để giảm thiểu các mối đe dọa này 15

- Giải pháp Moxa: 15

IX Các vấn đề thường gặp và cách khắc phục 16

X Tương lai của Mosdbus-TCP 16

1 Sự phát triển của Mosdbus-TCP trong tương lai 16

2 Sự ảnh hưởng của các giao thức mới 17

XI KẾT LUẬN 17

1 Tầm quan trọng của giao thức này trong các ứng dụng công nghiệp và các hệ thống điều khiển. 17 2 Tổng kết về giao thức Mosdbus-TCP 18

XII Demo chương trình 18

1 Lưu đồ thuật toán 18

2 Code chương trình 18

3 Hình ảnh minh họa 20

XIII Tài liệu tham khảo 21

Hình ảnh:

Hình 1: Giao thức Modbus 6

Hình 2: Mô hình Modbus-TCP 7

Hình 3: Cấu trúc của Modbus-TCP 8

Hình 4: Các giao thức tầng trong Modbus TCP 9

Hình 5: Lưu đồ thuật toán 18

Hình 6: Hình ảnh minh họa demo 20

Lời mở đầu

Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ, rất nhiều giao thức truyền thông

đã được ra đời, chúng đã được ứng dụng vào đời sống con người nhằm nâng cao khả năng

và chất lượng sản xuất từ đó giúp cuộc sống của chúng ta trở nên dễ dàng hơn

Từ thực tế này, nhóm chúng em tìm hiểu về giao thức Mosdbus-TCP, là một giaothức truyền thông được sử dụng rộng rãi, nó dựa trên giao thức Mosdbus, ban đầu được pháttriển cho truyền thoog nối tiếp vào những năm 1970

Lời cám ơn

Nhóm chúng em chân thành cám ơn Học Viện đã đưa bộ môn này vào giảng dạy đểchúng em có thêm kiến thức về cách ghép nối, các giao thức,…Và nhóm chúng em cám ơnthày Dương Quang Duy đã tạo điều điện để nhóm có thẻ hoàn thành bài báo cáo

I Giới thiệu về giao thức Modbus

MODBUS là một chuẩn giao thức truyền thông công nghiệp được phát hành và pháttriển bởi MODICON vào năm 1979, và chính thức thuộc về Schneider Electrics vào năm

1996 MODBUS đã nhanh chóng trở thành trở thành tiêu chuẩn truyền thông trong cácngành công nghiệp tự động hóa bởi tính ổn định, dễ dàng, thuận tiện và đặc biệt hơn nữa

là MIỄN PHÍ và hiện được duy trì bởi tổ chức “modbus.org”

Hình 1: Giao thức ModbusHiện nay, MODBUS được biết đến và sử dụng phổ biến trong công nghiệp gồm 3 chuẩn:MODBUS RTU, MODBUS TCP và MODBUS ASCII

Mosdbus-TCP là một trong những giao thức truyền thông kỹ thuật số lâu đời nhấtcũng là giao thức phổ biến nhất và vì lý do đó bạn nên làm quen với Modbus Modbus làgiao thức mạng cơ bản được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng công nghiệp ngày nay.Với tính phổ biến, “mở”  và là một giao thức dễ sử dụng, Modbus đã có mặt trong mọilĩnh vực công nghiệp trong hơn 30 năm qua Modbus được coi là tiêu chuẩn chung được

sử dụng trong hầu hết các sản phẩm tự động hóa, thiết bị đo lường và điều khiển quytrình công nghiệp lớn trên thị trường hiện nay

II Các khái niệm cơ bản

Modbus TCP thường được gọi với cái tên là Modbus truyền qua Ethernet ModbusTCP (cũng là ModbusTCP / IP) chỉ đơn giản là giao thức Modbus RTU với giao diệnTCP chạy trên Ethernet Trong đó, thì cấu trúc truyền tin Modbus là giao thức ứng dụngxác định các quy tắc tổ chức dữ liệu độc lập với phương tiện truyền dữ liệu TCP / IP cho

phép giao thức điều khiển truyền và Giao thức Internet, cung cấp phương tiện truyền dẫncho việc nhắn tin Modbus TCP / IP.

Hình 2: Mô hình Modbus-TCP

Trong đó:

TCP (Transmission Control Protocol): là giao thức điều khiển đường truyền và IP(Internet Protocol) là giao thức Internet Các giao thức này được sử dụng cùng nhau và làgiao thức truyền tải cho internet Khi thông tin modbus được gửi bằng các giao thức này,

dữ liệu được chuyển tới TCP nơi thông tin bổ sung được đính kèm và cấp cho IP IP sau

đó đặt dữ liệu trong một gói (hoặc gói dữ liệu) và truyền nó

TCP phải được thiết lập kết nối trước khi truyền dữ liệu, vì nó là giao thức dựa trên kếtnối Master (hoặc Client trong Modbus TCP) thiết lập kết nối với Slave (hoặc Server).Server chờ một kết nối đến từ Client Sau khi kết nối được thiết lập, Server sẽ phản hồicác truy vấn từ Client cho đến khi Client ngắt kết nối

III Kiến trúc Modbus-TCP

1 Cấu trúc của Modbus-TCP

Hình 3: Cấu trúc của Modbus-TCP

a) Transaction identifier: định danh duy nhất cho mỗi yêu cầu Modbus TCP Nó

được sử dụng để phân biệt các yêu cầu khác nhau được gửi từ các thiết bị khácnhau Trường hợp này có độ dài 2 byte

b) Protocol identifier: xác định giao thức được sử dụng Với Modbus TCP, giá trị

của trường này luôn là 0x0000 Trường này có độ dài 2 byte

c) Length: xác định số byte của toàn bộ gói tin Modbus TCP Trường này có độ dài

2 byte

d) Unit identifier: chỉ định thiết bị Modbus TCP đích Với Modbus TCP, giá trị của

trường này luôn là 0x00 Trường này có độ dài 1 byte

e) Function Code: chỉ định chức năng được yêu cầu hoặc phản hồi Trường này có

độ dài 1 byte

f) Data: chứa dữ liệu của yêu cầu hoặc phản hồi Trường này có độ dài khác nhau

tùy thuộc vào chức năng được yêu cầu hoặc phản hồi

g) CRC (Cyclic Redundancy Check): xác định tính toàn vẹn của gói tin Nó được

tính toán trên tất cả các trường của gói tin, ngoại trừ trường CRC Trường này có

độ dài 2 byte

2 Các giao thức tầng được sử dụng trong Modbus TCP

Modbus TCP là một giao thức truyền thông được sử dụng để truyền tải dữ liệugiữa các thiết bị trong một mạng TCP/IP Giao thức này sử dụng một số giao thứctầng dưới để đảm bảo tính ổn định và tin cậy của việc truyền tải dữ liệu bao gồm:

- TCP/IP: Giao thức internet (TCP/IP) là giao thức chính được sử dụng để truyền

tải dữ liệu trong mạng Modbus TCP Nó đảm bảo tính ổn định và tin cậy của kếtnối giữa các thiết bị

- Ethernet: Ethernet là giao thức tầng vật lí được sử dụng để truyền tải dữ liệu trên

mạng Modbus TCP Nó đảm bảo tính ổn định và tốc độ của việc truyền tải dữliệu

- IP: Giao thức internet (IP) là giao thức được sử dụng để định vị các thiết bị trên

mạng Modbus TCP Nó cho phép các thiết bị trong mạng có thể liên lạc với nhauthông qua địa chỉ IP

- ARP: Giao thức định danh địa chỉ (ARP) được sử dụng để dịnh danh địa chỉ

MAC của các thiết bị trên mạng Nó giúp các thiết bị trong mạng tìm thấy địa chỉMAC của các thiết bị khác

- Tóm lại, Modbus TCP sử dụng các giao thức tầng dưới như TCP/IP, Ethernet, IP

và ARP để đảm bảo tính ổn định, tin cậy và tốc độ của việc truyền tải dữ liệu giữacác thiết bị trong mạng

IV Cách thiết lập giao thức truyền bên phát và bên thu trong

Mosdbus-TCP.

Để thiết lập giao thức Mosdbus-TCP giữa bên phát và bên thu ta cần tuân theo cácbước sau:

1 Thiết lập địa chỉ IP và cổng kết nối: trước khi bắt đầu truyền dữ liệu, bên phát

và bên thu cần được kết nối với cùng một mạng TCP/IP, có địa chỉ IP và cổngkết nối đúng để có thể truyền dữ liệu cho nhau

Hình 4: Các giao thức tầng trong Modbus TCP

2 Thiết lập địa chỉ Mosdbus-TCP: mỗi thiết bị Mosdbus cần cho một địa chỉriêng để có thể nhận dữ liệu từ bên phát Bên phát vần biết địa chỉ của bên thu

để truyền dữ liệu đến trúng đích

3 Thiết lập mã chức năng và địa chỉ thanh ghi: bên phát cần thiết lập ma chứcnăng và địa chỉ thanh ghi để truyền các lệnh cho bên thu Mã chức năng xácđịnh loại lệnh được gửi vào địa chỉ thanh ghi xác định thanh ghi cần truyền dữliệu

4 Gửi yêu cầu truyền dữ liệu: Bên phát gửi yêu cầu truyền dữ liệu đến bên thubằng cách sử dụng mã chức năng, dịa chỉ Mosdbus, mã chức năng và địa chỉthanh ghi đã được thiết lập Dữ liệu được truyền trong gói tinMosdbus-TCP/IP

5 Bên thu nhân yêu cầu và trả lời: Bên thu nhận yêu cầu từ bên phát và xác nhậnviệc nhân yêu cầu Sau đó, bên thu trả lời yêu cầu bằng cách trả lại các giá trịthanh ghi được yêu cầu trong gói tin Mosdbus-TCP/IP

6 Xử lý dữ liệu trả lời: Bên phát nhận dữ liệu trả lời từ bên thu và xử lý nó theocách thích hợp để hiển thị hoặc sử dụng dữ liệu đó trong hệ thống của mình.Sau đây là ví dụ về giao thức TCP Ở đây bọn em lấy ví dụ về giao tiếp ESP8266 vớiNode-red thông qua giao thức TCP ESP8266 được sử dụng để kết nối với mạng wifi

và gửi dữ liệu đến Node-red thông qua kết nối TCP được thiết lập với địa chỉ IP vàcổng của máy chủ Node-red Dữ liệu ở đây là một chuỗi string và sử dụng phần mềmhercules setup utility để thay cho cổng serial monitor

V Các đặc điểm của Mosdbus-TCP

1 Các đặc điểm.

Mosdbus-TCP là giao thức truyền thông được dùng để kết nối các thiết bị trong hệthống tự động hóa công nghiệp Dưới đây là các đặc điểm chính của Mosdbus-TCP:

- Dựa trên các giao thức TCP/IP: Mosdbus-TCP sử dụng giao thức TCP/IP để

truyền thông giưa các thiết bị, điều này cho phép truyền đặc tuyến và đảm bảo tínhtoàn vẹn của dữ liệu

- Đa luồng: Mosdbus-TCP cho phép nhiều thiết bị kết nối.

- Tính đa nền tảng: Mosdbus-TCP được thiết kế để hoạt động trên nhiều nền tảng

khác nhau bao gồm các thiết bị nhúng, máy tính, máy tính nhúng,…

- Cấu hình đơn giản: Mosdbus-TCP có cấu trúc đơn giản, dễ dàng để triển khai và

sử dụng

- Tốc độ tải nhanh: Mosdbus-TCP cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ nhanh,

giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống

- Khả năng mở rộng: Mosdbus-TCP có khả năng mở rộng dể hỗ trỡ nhiều thiết bị

hơn

- Tương thích: Mosdbus-TCP là giao thức mở, được hỗ trợ bởi nhiều nhà sản xuất

thiết bị điều khiển và giám sát khác nhau, giúp đảm bảo tính tương thích và tínhlinh hoạt của hệ thống

2 Điểm giống và khác nhau giữa giao thức Mosdbus-TCP, Mosdbus-RTU và Mosdbus-ASCII.

Khác nhau Sử dụng TCP/IP để

truyền dữ liệu Sử dụng giao thứctruyền thông nối tiếp

để truyền dữ liệu

Sử dụng kí hiệuASCII để ma hóa

và truyền dữ liệu

Sử dụng địa chỉ IP đểxác định các thiết bị Sử dụng địa chỉ củacác thiết bị được gán

Mosdbus

Sử dụng địa chỉ củacác thiết bị đượcgán trong mạngMosdbus

Cho phép truyền dữliệu giữa các thiết bịtrong mạng LANhoặc WAN

Thường sử dụngtrong các hệ thốngđiều khiển cục bộ vàcác mạng truyềnthông ngắn

Thường sử dụngtrong các hệ thốngđiều khiển cục bộ

và mạng truyềnthông

Có thể truyền dữ liệuqua mạng không dây Không được thiết kếđể truyền dữ liệu

qua mạng khôngdây

Truyền dữ liệu theodạng kí tự, làm tăng

độ trễ trong quátrình truyền dữ liệu

Độ trể của TCPthường lớn hơn doMosdbus RTU

Độ trể của RTUthường nhỏ hơnTCP

Độ trễ lớn nhấttrong ba

Tốc độ có thể lên đến100Mbps hoặc hơntùy vào tốc độ mạng

Tốc độ baud ở mức

1200 đến 115200bit/giây

Tốc độ ở mức

300-19200 bit/giây tùythuộc vào băngthông của kết nối

VI Các lợi ích của Mosdbus-TCP.

Mosdbus-TCP có nhiều lợi ích như sau:

- Tính linh hoạt: Mosdbus-TCP là một giao thức linh hoạt, cho phép truyền thông

giữa các thiết bị ở bất kì định dạng nào, cho phép tích hợp các thiết bị khác nhau vào hệ thông

- Tính ổn định: Mosdbus-TCP là một giao thức đáng tin cậy và ổn định, nó cho

phép truyền thông trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt mà không gặp phải vấn đề về tín hiệu

- Tính tương thích: Mosdbus-TCP có tính tương thích cao với các thiết bị khác

nhau, cho phép tích hợp các thiết bị có thể được cấu hình để sử dụng giao thức này

- Tính đơn giản: Mosdbus-TCP được thiết kế để dễ dàng triển khai và sử dụng,

giúp giảm thiểu thời gian và chi phí cho việc triển khai các hệ thống

- Tính bảo mật: Mosdbus-TCP cung cấp các tính năng bảo mật, bao gồm mã hóa

và xác thực, giúp bảo vệ dữ liệu của hệ thống

- Tiết kiệm chi phí: với sự đơn giản trong thiết kế và tính năng khôi phục tự động,

Mosdbus-TCP giúp giảm thiểu chi phí vận hành và bảo trì hệ thông điều khiển.Tóm lại, Mosdbus-TCP là một giao thức truyền thông đánh tin cậy, linh hoạt, dễ triển khai và tương thích cao, giúp cho việc tích hợp và điều khiển các thiết bị trong hệ thống

tự động công nghiệp trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn

VII Các ứng dụng của Modbus-TCP.

1 Ứng dụng trong hệ thống nhà thông minh.

- Điều khiển ảnh sáng: Mosdbus-TCP được sử dụng để điều khiển ánh sáng trong

nhà thông minh, bảo gồm đèn LED, đèn chùm, đèn màu,…

- Điều khiển nhiệt độ: Mosdbus-TCP được sử dụng để điều khiển nhiệt độ trong

hệ thống điều hòa không khí, bao gồm các cảm biến nhiệt độ và thiết bị điềukhiển

- Điều khiển các thiết bị gia đình thông minh: Mosdbus-TCP được sử dụng để

điều khiển các thiết bị gia đình thông minh, bao gồm: máy giặt, máy sấy, máy rửabát và các thiết bị khác

- Điều khiển màn hình: Mosdbus-TCP được sử dụng để điều khiển các màn hình

trong hệ thống nhà thông minh, bao gồm màn hình hiển thị thông minh, màn hìnhgiải trí và các thiết bị khác

- Điều khiển cửa: Mosdbus-TCP được sử dụng để điều khiển cửa trong hệ thống

nhà thông minh, bao gồm cửa chính, cửa sổ và các thiết bị khác

- Điều khiển hệ thống giải trí: Mosdbus-TCP được sử dụng để điều khiển hệ

thống giải trí trong hệ thống nhà thông minh, bao gồm đầu đĩa, các thiết bị âmthanh và các thiết bị khác

2 Ứng dụng Mosdbus-TCP trong công nghiệp.

Điều khiển tự động hóa: Mosdbus-TCP được sử dụng trong các thiết bị điều khiển

như bộ điều khiển logic lập trình (PLC), các cảm biến và các thiết bị tự động hóa đểđiều khiển và giám sat các thiết bị trong quá trình sản xuất

- Quản lý toàn nhà thông minh: Mosdbus-TCP được sử dụng để kết nối các thiết bị

trong các hệ thống quản lý tòa nhà thông minh, bao gồm điều khiển ánh sáng, nhiệt

độ, đèn báo khẩn cấp và hệ thống an ninh

- Công nghiệp dầu khí và khai thác: Mosdbus-TCP được sử dụng trong hệ thống

khai thác dầu khí để điều khiển các thiết bị như máy nén khí, máy bơm và van

- Giám sát và kiểm soát năng lượng: Mosdbus-TCP được sử dụng trong các hệ

thống giám sát và kiểm soát năng lượng, bao gồm quản lý điện năng tiêu thụ à quản

lý hệ thống điều hòa

- Xử lý thực phẩm và đóng chai: Mosdbus-TCP được sử dụng để kiểm soát và quản

lý quá trình sản xuất thực phẩm, đóng chai và các hệ thống liên quan đến sản xuấtthực phẩm

- Điều khiển tàu thủy: Mosdbus-TCP được sử dụng trong các hệ thống điều khiển tàu

thủy để kiểm soát và giám sát các thiết bị như máy phát điện, hệ thống điều khiển tốc

độ và hệ thống định vị

Tóm lại, Mosdbus-TCP là một giao thức truyền thông phổ biến được sử dụng trongnhiều ứng dụng khác nhau trong ngành công nghiệp, giúp quản lý và kiểm soát cácthiết bị trong quá trình sản xuất và đảm bảo tính ổn định và tin cậy của hệ thống

3 Úng dụng trong hệ thống điều khiển và giám sát chất lượng.

- Điều khiển và giám sát các thiết bị trong hệ thống sản xuất: Mosdbus-TCP

được sử dụng để kết nối các thiết bị điều khiển và giám sát trong hệ thống sảnxuất, bao gồm các thiết bị như bộ điều khiển logic lập trình (PLC), cảm biến, thiết

bị đo lường và hệ thống giám sát

- Hệ thống giám sát và kiểm soát năng lượng: Mosdbus-TCP được sử dụng để

kết nối các thiết bị đo lường năng lượng và giám sát tiêu thụ năng lượng trong hệthống quản lý năng lượng, bao gồm hệ thống điều hòa không khí, chiếu sáng và hệthống lạnh

- Điều khiển và giám sát hệ thống xử lý nước: Mosdbus-TCP được sử dụng để

kết nối các thiết bị điều khiển và giám sát trong các hệ thống xử lý nước, bao gồmcác thiết bị như máy bơm, van các các thiết bị giám sát chất lượng nước

- Hệ thống giám sát và kiểm soát tòa nhà thông minh: Mosdbus-TCP được sử

dụng để kết nối các thiết bị trong các hệ thống quản lý tòa nhà thông minh, baogồm các thiết bị điều khiển ánh sáng, nhiệt độ, đền báo khẩn cấp và hệ thống anninh

- Giám sát và điều khiển hệ thống an ninh: Mosdbus-TCP được sử dụng để kết

nối các thiết bị trong các hệ thống an ninh, bao gồm các thiết bị như cửa tự động,

hệ thống giám sát video và các thiết bị giám sát nhiệt độ, khói và khí ga