โปรโตคอลการสื่อสาร Modbus RTU

โปรโตคอล Modbus RTU เปรียบเสมือน "ภาษาทั่วไป" ระหว่างอุปกรณ์อุตสาหกรรม ช่วยให้ "การสื่อสาร" ระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ เช่น มิเตอร์ไฟฟ้าและเซ็นเซอร์จากแบรนด์ต่างๆ เป็นไปอย่างราบรื่น

การสาธิตแอปพลิเคชันโปรโตคอลการสื่อสาร Modbus

บทความนี้จะแนะนำคุณเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ Modbus RTU ในเครื่องวัดพลังงานด้วยวิธีที่ง่ายและเข้าใจได้มากที่สุด แม้ว่าคุณจะเป็นมือใหม่และไม่มีพื้นฐานทางเทคนิค แต่คุณก็สามารถเข้าใจประเด็นหลักของโปรโตคอลการสื่อสารทางอุตสาหกรรมที่สำคัญนี้ได้อย่างง่ายดาย

โปรโตคอล Modbus RTU คืออะไร

Modbus RTU เป็นโปรโตคอลการสื่อสารแบบอนุกรมที่พัฒนาโดย Modicon (ปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของ Schneider Electric) ในปี 1979 สำหรับ PLC (ตัวควบคุมลอจิกแบบโปรแกรมได้)

ปัจจุบันได้กลายเป็นหนึ่งในโปรโตคอลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม โดยได้รับการสนับสนุนจากผู้ผลิตมากกว่า 400 รายทั่วโลก

ทำไมถึงเรียกว่า “ร.ต.ท.”? RTU เป็นตัวย่อของ "Remote Terminal Unit" ซึ่งบ่งชี้ว่าโปรโตคอลนี้ใช้สำหรับการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ระยะไกลเป็นหลัก มันเหมือนกับ "ระบบส่งข้อความ" ระหว่างอุปกรณ์ไฟฟ้า การแลกเปลี่ยนข้อมูลผ่านการร้องขอและกลไกการตอบสนองแบบง่ายๆ

Modbus RTU ทำงานอย่างไร

Modbus RTU ใช้สถาปัตยกรรมการสื่อสารแบบมาสเตอร์-แบบทาส เช่น ครูและนักเรียนในห้องเรียน

• ปริญญาโท: "ครู" โดยทั่วไปคือคอมพิวเตอร์ PLC หรือผู้รวมศูนย์ มีหน้าที่รับผิดชอบในการเริ่มคำถามและคำสั่ง
• ทาส: "นักเรียน" เช่น มิเตอร์ไฟฟ้าหรือเซ็นเซอร์ สามารถตอบคำถามของครูได้เท่านั้น และไม่สามารถพูดได้อย่างอิสระ (ในการใช้งานมิเตอร์ไฟฟ้า...)

รูปแบบข้อความ Modbus RTU

"เทมเพลต SMS" ระหว่างอุปกรณ์

ข้อความการสื่อสาร Modbus RTU เปรียบเสมือนข้อความที่ประดิษฐ์ขึ้นอย่างพิถีพิถัน โดยมีข้อกำหนดรูปแบบคงที่

ข้อความ Modbus RTU ที่สมบูรณ์ประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้:

• รหัสที่อยู่ (1 ไบต์): เทียบเท่ากับ "หมายเลขโทรศัพท์ของผู้รับ" ซึ่งระบุที่อยู่ของมิเตอร์วัดพลังงานเป้าหมาย (1-247) โดยมี 0 สำหรับที่อยู่การออกอากาศ
• รหัสฟังก์ชั่น (1 ไบต์): เทียบเท่ากับ "ประเภทข้อความ" ที่สั่งให้มิเตอร์วัดพลังงานดำเนินการ (เช่น อ่านข้อมูล เขียนข้อมูล ฯลฯ)
• ฟิลด์ข้อมูล (N ไบต์): ข้อมูลเฉพาะที่จะส่ง เช่น ที่อยู่การลงทะเบียน ค่าข้อมูล ฯลฯ
• ผลรวมตรวจสอบ CRC (2 ไบต์): เทียบเท่ากับ "รหัสป้องกัน-รหัสต่อต้านการปลอมแปลง" ซึ่งใช้ในการตรวจสอบข้อผิดพลาดระหว่างการส่ง

ข้อความทั่วไปสำหรับการอ่านข้อมูลพลังงานแอคทีฟเชิงบวกทั้งหมดจากเครื่องวัดพลังงาน UBS มีดังนี้:

[ที่อยู่ 00][รหัสฟังก์ชัน 03][ที่อยู่เริ่มต้น 00 0C][ความยาวการอ่าน 00 02][ผลรวมตรวจสอบ CRC 05 D9]

ซึ่งเทียบเท่ากับการพูดว่า: "ทุกเมตร โปรดอ่านข้อมูลจากรีจิสเตอร์ 000C โดยเริ่มจากรีจิสเตอร์ 1"

หลังจากได้รับข้อความ มิเตอร์ #1 จะตอบกลับว่า:

[ที่อยู่ 01] [รหัสฟังก์ชัน 03] [ความยาวข้อมูล 04] [ข้อมูล 00 00 00 00] [ผลรวมตรวจสอบ CRC FA 33]
ซึ่งหมายความว่า: "มิเตอร์ #1 ตอบกลับ: ค่าข้อมูลพลังงานแอคทีฟเชิงบวกทั้งหมดที่อ่านได้คือ 00 00 00 00 (เลขฐานสิบหก)" (หมายเหตุ: มิเตอร์ #1 นี้เป็นมิเตอร์ใหม่ที่ไม่ได้ใช้) ภาพด้านล่างเป็นการสาธิตการทดสอบ:

"สมุดข้อมูล" ในมิเตอร์ไฟฟ้า: อธิบายการลงทะเบียน

ในโปรโตคอล Modbus RTU ข้อมูลทั้งหมดจากมิเตอร์ไฟฟ้าจะถูกจัดเก็บไว้ใน "สเปรดชีต"-เครื่องบันทึก ทะเบียนแบ่งออกเป็นสี่ประเภทหลัก:

ในการใช้งานมิเตอร์ไฟฟ้า การลงทะเบียนที่พบบ่อยที่สุดคือ:

ป้อนข้อมูลลงทะเบียน

(รหัสฟังก์ชัน 04H): เก็บข้อมูลที่วัดได้แบบเรียลไทม์- เช่น แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และกำลัง

ถือทะเบียน

(รหัสฟังก์ชัน 03H): เก็บปริมาณการใช้ไฟฟ้าสะสม พารามิเตอร์ของอุปกรณ์ ฯลฯ

ตารางข้อมูลที่อยู่การลงทะเบียน Modbus ของเครื่องวัดพลังงาน UBS

ที่อยู่การออกอากาศโปรโตคอล Modbus คือ 0x00 สำหรับข้อมูลที่อยู่ลงทะเบียนโปรโตคอล Modbus โดยละเอียดสำหรับมิเตอร์วัดพลังงาน UBS โปรดดูตารางด้านล่าง:

การสาธิตการอ่านข้อความเครื่องวัดพลังงาน UBS

การใช้ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์โฮสต์เครื่องวัดพลังงาน UBS อ่านข้อมูลต่อไปนี้จากเครื่องวัดพลังงานอัจฉริยะ DJZ1226 DC: พลังงานที่ใช้งานเชิงบวกทั้งหมด แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า กำลัง และที่อยู่มิเตอร์

ดังที่แสดงในแผนภาพด้านบน เนื้อหาข้อความโดยละเอียดที่ส่งและรับโดยคอมพิวเตอร์แม่ข่ายมีดังนี้:

13:25:30.229 พลังงานแอคทีฟเชิงบวกทั้งหมด(000C0002) ...

13:25:30.256 ▼ส่ง:00 03 00 0C 00 02 05 D9

13:25:30.344 ▲รับ:01 03 04 00 00 00 00 เอฟเอ 33

13:25:30.359 แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (00000002) ...

13:25:30.424 ▼ส่ง:00 03 00 00 00 02 C5 DA

13:25:30.428 ▲รับ:01 03 04 00 17 00 03 0A 36

13:25:30.494 กระแสไฟตรง(00020002) ...

13:25:30.522 ▼ส่ง:00 03 00 02 00 02 64 1ก

13:25:30.610 ▲รับ:01 03 04 00 30 00 02 7B FD

13:25:30.621 พาวเวอร์(00080002) ...

13:25:30.682 ▼ส่ง:00 03 00 08 00 02 44 18

13:25:30.690 ▲รับ:01 03 04 00 01 00 02 2A 32

13:25:30.702 ที่อยู่การสื่อสาร 2(A0010001) ...

13:25:30.779 ▼ส่ง:00 03 A0 01 00 01 F6 1B

13:25:30.783 ▲รับ:01 03 02 00 01 79 84

13:25:30.795 สิ้นสุดการอ่านข้อมูล

ปัญหาทั่วไปและเทคนิคการแก้ไขปัญหา

แม้ว่าโปรโตคอล Modbus RTU จะค่อนข้างง่าย แต่ปัญหาต่างๆ อาจยังคงเกิดขึ้นในการใช้งานจริง ต่อไปนี้เป็นข้อผิดพลาดทั่วไปและวิธีแก้ปัญหาในการสื่อสารของมิเตอร์ไฟฟ้า:

ไม่มีการตอบสนองการสื่อสาร

● ตรวจสอบการเชื่อมต่อทางกายภาพ:

▪ การเดินสาย RS-485 ถูกต้องหรือไม่ (กลับเส้น A/B)?

▪ ตัวต้านทานปลายสายตรงกันหรือไม่ (โดยทั่วไป เชื่อมต่อตัวต้านทาน 120Ω ที่ปลายแต่ละด้านของบัส) หรือไม่

▪ ระยะการสื่อสารเกินขีดจำกัดหรือไม่ (ตามทฤษฎี RS-485 สามารถเข้าถึง 1200 เมตร แต่ระยะทางจริงจะได้รับผลกระทบจากปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม)

● ตรวจสอบการตั้งค่าพารามิเตอร์:

▪ อัตราบอด บิตข้อมูล บิตหยุด และการตั้งค่าพาริตีสอดคล้องกับมิเตอร์ไฟฟ้าหรือไม่

▪ ที่อยู่อุปกรณ์ตั้งค่าไว้อย่างถูกต้อง (ไม่มีที่อยู่ซ้ำกัน) หรือไม่

การสื่อสารเป็นระยะ

● ตรวจสอบการรบกวนของสาย:

▪ ใช้สายเคเบิลหุ้มฉนวนคู่บิด- และตรวจสอบให้แน่ใจว่าชีลด์ต่อสายดินที่ปลายด้านหนึ่ง

▪ หลีกเลี่ยงการเดินสายขนานกับสายไฟฟ้าแรงสูง-

● การทดสอบอุปกรณ์แต่ละเครื่อง:

▪ เชื่อมต่อมิเตอร์ไฟฟ้าแต่ละเครื่องแยกกันเพื่อแก้ไขปัญหาอุปกรณ์ที่ผิดพลาด

▪ ใช้ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์แม่ข่ายเฉพาะของ UBS Electronics (เช่น AMS) เพื่อสื่อสารโดยตรงกับมิเตอร์ไฟฟ้าและระบุปัญหา

ข้อผิดพลาดของข้อมูล

● การตรวจสอบการตรวจสอบ CRC:

▪ ตรวจสอบว่ารหัส CRC ที่ส่งและรับสอดคล้องกันหรือไม่

▪ ยืนยันลำดับไบต์ข้อมูล (ปกติ Modbus RTU จะเป็น endian เพียงเล็กน้อย)

● การตรวจสอบการแมปรีจิสเตอร์:

▪ ตรวจสอบที่อยู่ทะเบียนที่ใช้ให้สอดคล้องกับคู่มือมิเตอร์ไฟฟ้า

▪ หมายเหตุการชดเชยที่อยู่การลงทะเบียน

หากคุณจำเป็นต้องใช้ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์โฮสต์ UBS (โปรโตคอล Modbus RTU) ที่กล่าวถึงในบทความนี้ โปรดติดต่อบุคคลที่รับผิดชอบในการสั่งซื้อมิเตอร์ไฟฟ้า UBS ของคุณและขอรับการสนับสนุนทางเทคนิคเพิ่มเติมหลังการขาย-