Với truyền thông Modbus RTU đơn giản đó chính là các phương pháp truyền thông tín hiệu cao cấp thay thế hoàn toàn các hệ thống truyền thông cũ dựa trên các tín hiệu analog 4-20mA , 0-5v, 0-10v, digital….
Modbus RTU là gì?
Các dòng analog; digital tuy nói là thay thế nhưng hoàn toàn không bị loại bỏ ra khỏi dây chuyền sản xuất nhà máy. Vì Modbus RTU được sinh ra là để tập hợp các dòng analog này lại với nhau để tạo nên một mô hình truyền thông dạng cây như hình vẽ.
Và có thể khẳng định: Nếu như một hệ thống nhà máy lớn thì việc đưa về Modbus RTU chỉ nằm ở phân khúc chuyển đổi tầng 2; Và trên nó là cả một hệ thông chuyển đổi nhiều tầng cao cấp hơn.
Để khai thác sâu hơn Modbus RTU là gì và những ứng dụng thực tiễn của nó ta có thể tham khảo thêm chi tiết phần chia sẻ dưới đây:
Để hiểu được mô hình truyền thông Modbus RTU ta phải trả lời được 2 câu hỏi:
Slave là gì
Slave chính là các thiết bị chuyển đổi tất cả các tín hiệu của thiết bị trong dây chuyền sản xuất thành tín hiệu RS485 đưa về các PLC, máy tính, biến tần. Trong một dây chuyền của các trạm bơm và trạm xử lý có rất nhiều Slave
Master là gì
Master là nơi thu nạp tất cả các dữ liệu truyền về qua truyền thông RS485 do các Slave chuyển đổi.
Kết luận: Master và slave là một hệ thống thiết bị bổ trợ nhau trong các trạm nhằm giúp con người kiểm soát hệ thống sản xuất một cách dễ dàng và tiết kiệm chi phí nhất
Mô hình được triển khai như sau:
.jpg)
Các tín hiệu analog, nhiệt độ, áp suất; digital là các rễ phụ tập hợp truyền về các rễ chính là các dạng truyền thông Modbus RS485 / Modbus RS232 hay gọi chung là các slave.
Quy trình truyền dữ liệu từ các thiết bị lên Modbus RTU như thế nào?
Các Slave này lại tập hợp truyền dữ liệu thông qua thân cây và cuối cùng máy tính, điện thoại, plc, biến tần… chính là nơi để nhận thông tin kết quả của quá trình trên. Và đó cũng chính là quá trình tuần hoàn của Modbus RTU
Tóm gọn lại: Là thông qua hệ thống Modbus RTU con người có thể ngồi tại trung tâm vừa có thể quan sát, điều khiển, quản lý tất cả các thiết bị giám sát nhiệt độ, áp suất, ph, co2, các loại van, cảm biến…
Lợi ích từ mô hình Modbus RTU
Có thể khẳng định, mô hình Modbus RTU là hướng hội nhập mới trong nền Công Nghệ 4.0. Vì lợi ích của nó mang lại vượt trên cả sức tưởng tượng của con người
Tín hiệu Modbus RTU luôn ổn định – Chính xác cao – Hoàn toàn không ảnh hưởng vấn đề bị nhiễu
Hiện nay, xử lý nhiễu tín hiệu analog do nhiều nguyên nhân gây ra đang là vấn đề nóng hổi của các nhà máy. Trong khi, Modbus RTU lại hoàn toàn không bị ảnh hưởng nhiễu.
Tiết kiệm chi phí nhân công – Đẩy nhanh tiến độ sản xuất
Khá rõ ràng, nhà máy đang từ rất nhiều người làm thủ công bằng tay. Sau khi sử dụng hệ thống chỉ còn một vài người ngồi trung tâm điều khiển và giám sát máy móc thông qua internet làm trung gian.
Và thay vì xử lý lỗi tín hiệu, mất tín hiệu; nhiễu tín hiệu thì tập trung nghiên cứu sản phẩm mới; mở rộng thị trường….
Máy móc ít khi phải dừng sản xuất vì một vài lỗi nhỏ về tín hiệu.
Tiết kiệm vấn đề tủ điện và đi dây
Trước đây, mỗi tín hiệu truyền là một dây dẫn kéo về tủ điện và trong tủ điện thì chằng chịt các bộ chuyển đổi tín hiệu analog. Nhưng khi sử dụng mô hình bạn sẽ thấy lượng dây dẫn sẽ đi ít lại và tủ điện rất trống. Bên cạnh đó, khá nhiều trường hợp gặp phải dây dẫn truyền về nhiều gây chồng chéo lẫn lộn
Nhược điểm truyền thông Modbus RTU
Mặc dù lợi ích từ chuẩn truyền thông Modbus RTU mang lại rất lớn. Tuy nhiên nó vẫn có nhược điểm riêng chưa hoàn thiện: Về tốc độ thì dùng trực tiếp các dòng analog hoặc màn hình đọc hiển thị số dạng digital sẽ có tốc độ truyền nhanh hơn; mô hình chỉ tối ưu nhất khi thời gian truyền tín hiệu từ 1s trở lại; đã dùng đường truyền Modbus RTU thì bắt buộc các thiết bị lập trình PLC hoặc Scada phải có cấu hình mạnh; mất điện đột ngột sẽ dẫn đến tín hiệu truyền bị gián đoạn. Đó chỉ là những nhược điểm rất nhỏ. Và chúng ta không thể đem so sánh với những lợi ích to lớn mà hệ thống chuẩn truyền thông RS485 mang lại. Tất nhiên đã tìm thấy nhược điểm thì sẽ có biện pháp hoàn thiện trong tương lại.
Sự khác biệt giữa chuẩn RS232 và RS485
Hai dòng này gần như là đối lập nhau. Tuy nhiên vẫn được ứng dụng rộng rãi trong nhà máy. Vì tùy và từng trường hợp cụ thể để sử dụng chuẩn nào đem lại thế mạnh nhất.
Chuẩn RS232 là gì
Thực tế; nó chỉ là một dạng cổng COM tích hợp trên bộ CPU của máy tính bàn ( Được xem là một trong các cổng giao tiếp của máy tính); và 100% đều tích hợp thêm cổng truyền thông RS232. Mục đích chính là để kết nối với các thiết bị lân cận như các dòng máy in hay máy fax,….
Chuẩn kết nối RS232 có 3 dây bao gồm: Dây truyền ( Tx) – Dây nhận tín hiệu( Rx) Và dây nối đất ( GND)
Ưu điểm của chuẩn RS232
Ưu điểm của chuẩn này là tốc độ truyền rất nhanh
Nhược điểm của chuẩn RS232
Do một số nhược điểm không truyền được đi xa nên chuẩn RS232 chỉ dùng trong phạm vi văn phòng
Nếu đi theo chuẩn RS232 thì việc kết nối RS232 với các thiết bị sẽ hạn chế hẳn vì chuẩn RS232 chỉ thực hiện giao tiếp giữa 2 thiết bị point – to – point
Chuẩn RS485 là gì:
Thực ra; Truyền thông RS485 là sự phát triển tiến hóa của RS232. Hay nói cách khác thay vì truyền thông RS232 chỉ nhận được dữ liệu ở khoảng cách gần thì RS485 sinh ra để thu nhập dữ liệu ở những khoảng cách xa hơn
Ưu điểm của chuẩn truyền thông RS485
RS485 ngoài việc nhận dữ liệu ở xa max 1200 mét nó còn: Trên 1 đường truyền tín hiệu nó có thể hỗ trợ một mạng lên tới 32 trạm thu phát. Bên cạnh đó, một số nơi có nhiều trạm giao tiếp diện rộng cũng cần 1 chuẩn tín hiệu truyền được đi xa với độ chính xác cao và tốc độ truyền nhanh + Ổn định.
Nhược điểm RS485
RS485 chỉ có 1 nhược điểm duy nhất đó chính là tốc độ của nó không bao giờ bằng RS232
Ứng dụng Modbus RTU trong nhà máy nước và xử lý nước thải
Ứng dụng chuẩn truyền thông Modbus RTU thông qua internet đưa về Modbus TCP-IP giám sát
.jpg)
Modbus RTU là chuẩn truyền thông trung gian nhằm kết nối tất cả các tín hiệu truyền về từ các thiết bị công nghiệp như cảm biến áo suất, cảm biến nhiệt độ, chênh áp, đo nhiệt độ và độ ẩm; đo PH, khí CO2, nồng độ DO, BOD, COD các loại hóa chất,… Trên 2 dây truyền thông RS485. Phạm vi kết nối của chuẩn Modbus RTU có thể làm trung gian kết nối cao nhất 128 địa chỉ.
Ví dụ: Có 320 tín hiệu analog output ra từ các thiết bị trong hệ thống nhà máy thì biết bao nhiêu dây dẫn và tủ điện kéo về cho
Trong khi chỉ cần 40 Modbus Slave. Mỗi Modbus slave nhận tối đa 8 tín hiệu analog thì tổng ta chỉ cần 40 bộ Modbus slave mắc song song nhau đưa vào Gateway kết hợp với 1 bộ R-Key hoặc Z-Key để đưa thông tin lưu trữ và quan sát diễn biến trên internet.
Hệ thống truyền thông tín hiệu từ các thiết bị nhà máy về các Modbus slave đưa dữ liệu lên master
.jpg)
Một trong những đặc điểm là các trạm cấp nước và xử lý nước có rất nhiều bơm và các tín hiệu đo lường do vậy để sử dụng truyền thông Modbus cần phải có các bộ chuyển đổi tín hiệu lên Modbus.
Các bộ chuyển đổi tín hiệu sang Modbus RTU
Sau đây là một số thiết bị làm nhân tố chính để xây dựng nên mô hình truyền thông Modbus giúp đáp ứng tốt trong nhà máy.
Bộ chuyển đổi analog sang RS485 Z-4AI
Hệ thống chuyển đổi tín hiệu cảm biến nhiệt độ ra RS485 thông qua Z-4AI Senecca.
Z-8AI Seneca cho input vào tối đa 4 kênh analog 4-20mA/ 0-10V / 0-5V….Output ra từ 8 thiết bị khác nhau ra Modbus RS485. Sau đó thông qua Gateway đưa về HMI, Scada, Internet.
Tính chính xác gần như 99,9% với tốc độ truyền 115.200 bps. Thời gian đáp ứng 38400 baud. Phạm vi truyền tối đa 1200 m. Đặc biệt, các tín hiệu analog này hoàn toàn có thể xen kẽ nhau.
Ví dụ: Z-8AI có thể nhận 1 lúc 7 tín hiệu analog từ cảm biến lưu lượng cảm biến đo nhiệt độ trong đó có 5 tín hiệu 4-20mA và 2 tín hiệu analog 0-10V. Hoặc nhận 4 analog 4-20mA và 3 analog 0-10V... Độ chính xác lên tới 0.1% với tốc độ đáp ứng < 10 ms tương đương với thời gian đáp ứng 38400 baud. Tốc độ truyền lên tới 115.200 bps.
Bộ chuyển đổi thermocouple K, S, R, J ra Modbus RS485
.jpg)
Z-4TC có khả năng input max 4 tín hiệu trực tiếp từ các loại can nhiệt K, S, J… đưa thẳng về dạng truyền thông Modbus RS485 với độ chính xác lên tới 0.05%.
Chuyển đổi can nhiệt loại K, S, R, J đưa lên truyền thông RS485 dạng 2 dây Trường hợp nhiều hơn 4 thermocouple thì ta sử dụng bộ Z-8TC seneca. Bộ này input cùng lúc 8 thermocouple cho ra output RS485.
Bộ chuyển đổi RTD pt100 sang Modbus RS485
Thay vì các bộ chuyển đổi Z-4TC; Z-8TC đóng vai trò làm thiết bị trung gian đưa nhiều thermocouple về Modbus RS485 truyền thông 2 dây. Thì dòng Z-4RTD Seneca lại đảm nhiệm chức năng chuyển đổi tín hiệu các loại cảm biến nhiệt độ PT100, PT500, PT1000 ra Modbus RS485.
Thiết bị chuyển đổi RS485 seneca Z-4RTD dùng để chuyển đổi tín hiệu cảm biến nhiệt độ PT100, PT500, PT1000 ra RS485.
Một bộ chuyển đổi tín hiệu Z-4RTD có khả năng nhận cùng lúc 4 cảm biến RTD ra 1 Modbus RS485.
Bộ chuyển đổi Digital sang Modbus RS485
Thiết bị chuyển đổi tín hiệu Seneca Z-D-IN có khả năng input đầu vào 5 Digital cho ra Modbus RS485. Có thể mở rộng lên 5 tín hiệu Digital.
Z-D-OUT lại có chức năng ngược lại. Nó có khả năng output 5 Digital sử dụng truyền thông RS485 dạng 2 dây:
Kết luận
Trên đây là 1 số nhưng mô hình ứng dụng hệ truyền thông Modbus trong các nhà máy cấp nước và xử lý nước thải. Áp dụng công nghệ truyền thông. Tuy nhiên để đạt được hiệu quả cao cần kết hợp với chuyên gia phần mềm để phân tích và xử lý tín hiệu một cách chính xác nhất.
Tài liệu tham khảo:
1, Modbus Organization
2, Http://www.seneca.it
3, Hoàng Minh Sơn, 2007; “Mạng truyền thông công nghiệp” NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.
NGUYỄN VĂN SƠN
Đại học Kiến trúc Hà Nội
Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu giải pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) bền vững cho Việt Nam thông qua tích hợp công nghệ vi sinh (phân hủy sinh học) và nhiệt phân. Trước áp lực gia tăng rác đô thị và yêu cầu phát triển kinh tế tuần hoàn, phương pháp này được đề xuất nhằm tận dụng tài nguyên từ rác, giảm chôn lấp và phát thải.
Nếu ở Kỳ 1, độc giả đã thấy những định hướng chiến lược và công nghệ xanh mở ra lối đi mới cho nông nghiệp Việt, thì đến Kỳ 2, điểm nhấn lại nằm ở những giải pháp cụ thể. Từ phòng thí nghiệm, nhiều nghiên cứu khoa học đã bước ra thực tiễn, đồng hành cùng doanh nghiệp, tạo nên các mô hình thành công: từ công nghệ bảo quản mới, chế biến cà phê hiện đại, đến kinh tế tuần hoàn phụ phẩm tôm và nâng tầm sản phẩm truyền thống như nước mắm. Đây chính là những hạt nhân giúp nông sản Việt gia tăng giá trị và chinh phục thị trường quốc tế.
Cao chloroform của Bí kỳ nam (Hydnophytum formicarum Jack.) được sắc ký cột với các hệ dung môi có độ phân cực khác nhau và kết hợp với kỹ thuật sắc ký lớp mỏng để thực hiện quá trình phân lập và tinh sạch các hợp chất. Cấu trúc của các hợp chất được xác định bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân và kết hợp so sánh với tài liệu tham khảo. Ba hợp chất được tinh sạch và xác định cấu trúc bao gồm luteolin (1), quercetin (2) và quercitrin (3).
Hoạt tính xua đuổi hiệu quả của p-menthan-3,8-diol (PMD) đã được chứng minh là hiệu quả an toàn cho sức khỏe, tuy nhiên, hợp chất này vẫn chưa được sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Đã có một số công trình nghiên cứu khảo sát tổng hợp PMD chủ yếu sử dụng xúc tác acid H2SO4 loãng với các điều kiện phản ứng khác nhau về thời gian và nhiệt độ.
Cháy nổ trong sinh hoạt dân dụng vẫn là một vấn đề nhức nhối tại Việt Nam, gây ra những thiệt hại nặng nề về người và tài sản do sự bất cẩn hoặc lỗi thiết bị điện. Các hệ thống cảnh báo cháy truyền thống thường có độ trễ cao, chỉ phản ứng khi cháy đã xảy ra rõ ràng, dễ gây báo động giả và thiếu khả năng cảnh báo từ xa.
Khu vực đảo Palawan (Philippine), Sempoma SABAH (Malaysia) nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với hai mùa mưa, mùa khô rõ rệt. Tại Palawan, trung bình năm nhiệt độ không khí 28,50C, độ ẩm trung bình 58,4%, tổng lượng mưa 2.920 mm, tổng số giờ nắng trong khoảng 2,180 - 2,307h, nhiệt độ nước biển 29,30C và độ muối nước biển 33,3‰.
