So sánh Modbus, Profibus và Foundation Fieldbus

Modbus

MODBUS là một chuẩn giao thức truyền thông công nghiệp được phát hành và phát triển bởi MODICON vào năm 1979, và chính thức thuộc về Schneider Electrics vào năm 1996. Giao thức MODBUS đơn giản và mạnh mẽ đã trở thành một giao thức truyền thông tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi để kết nối các thiết bị điện tử công nghiệp.

Thuật ngữ Modbus thường đề cập đến một trong ba biến thể.

Modbus ASCII.
Modbus RTU
Modbus TCP/IP

Modbus RTU

Dữ liệu được mã hóa theo hệ nhị phân, và chỉ cần một byte truyền thông cho một byte dữ liệu. Đây là giao thức truyền thông lí tưởng đối với RS232 hay RS485, tốc độ từ 1200 đến 115000 baud.

Modbus ASCII

Sử dụng trong giao tiếp nối tiếp, sử dụng các ký tự ASCII. Mọi thông điệp được mã hóa bằng hexadecimal, sử dụng đặc tính ASCII 4 bit.

Modbus TCP

MODBUS TCP là MODBUS qua Ethernet (RJ45). Với MODBUS TCP, dữ liệu MODBUS được tóm lược đơn giản trong một gói TCP/IP. Nói một cách đơn giản, đây như là một thông điệp của Modbus RTU được truyền bằng trình bao bọc TCP/IP và được gửi qua mạng thay vì các đường nối tiếp. Máy chủ không có SlaveID vì nó sử dụng địa chỉ IP.

Modbus RTU là giao thức phổ biến nhất, sử dụng ba phương tiện vật lý: RS 232, RS 485, RS422.

Giao tiếp điểm – điểm (Point to Point)

RS 232 là một giao tiếp điểm – điểm. Chỉ có thể kết nối một thiết bị này với một thiết bị khác và khoảng cách tối đa giữa hai thiết bị là 50 feet (15 mét).

Giao tiếp Multidrop

Để kết nối nhiều thiết bị hơn trên cùng một đường dây và có khoảng cách lớn hơn 50 feet, người ta có thể sử dụng RS 485 hoặc RS422. Tiêu chuẩn này hỗ trợ 32 nút trên 4000 feet (khoảng 1200 mét).

MODBUS hoạt động theo nguyên tắc “Master – Slave” hay còn gọi là “Chủ – Tớ”. Một Master có thể kết nối được với một hay nhiều “Slave”. Trong mạng Modbus tiêu chuẩn, có một Master và tối đa 247 Slave, mỗi Slave có một địa chỉ Slave duy nhất từ 1 đến 247.

Modbus ASCII và RTU sử dụng lớp vật lý RS232 hoặc RS 485. Một thiết bị được cấu hình ở chế độ ASCII không thể được sử dụng trong RTU. Cả hai đều không tương thích với nhau.

Mạng Daisy Chain

Modbus và PROFIBUS là các giao thức được xây dựng trên RS 485, chúng sử dụng kiến trúc Daisy Chain để kết nối.

RS 232 là một giao tiếp điểm tới điểm, RS 485 hoặc RS 422 dành cho các ứng dụng multidrop.

Profibus

Profibus (Process Field Bus) là một chuẩn truyền thông fieldbus, được sử dụng trong lĩnh vực kỹ thuật tự động hóa và được phát triển lần đầu vào năm 1989 bởi BMBF (phòng giáo dục và nghiên cứu Đức) và sau đó được sử dụng bởi Siemens.

Cũng như Modbus, có một số biến thể của Profibus

PROFIBUS PA
PROFIBUS DP
PROFIBUS FM
PROFINET
PROFIsafe

PROFIBUS cũng là một giao thức Master / Slave. Dựa trên nguyên tắc token bus không đồng bộ ở chế độ thời gian thực, PROFIBUS xác định mối quan hệ truyền thông giữa nhiều master và giữa master-slave, với khả năng truy cập theo chu kì và không theo chu kì, tốc độ truyền tối đa lên tới 500 kbit/s (trong một số ứng dụng có thể lên tới 1,5Mbp hay 12Mbp).

PROFIBUS có một số tính năng giao thức nhất định cho phép một số phiên bản có thể hoạt động ở chế độ Multi-Master trên RS 485, điều mà ở Modbus là không thể (một Master duy nhất).

PROFIBUS DP

PROFIBUS DP (DP-Decentralized Peripherals) được sử dụng trong tự động hóa máy móc và các ứng dụng tín hiệu rời rạc khác.

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 lớp vật lý RS485 và đã được bổ sung một số đặc điểm để phù hợp với các ứng dụng quá trình như đọc/ghi dữ liệu quá trình không theo chu kì, truyền trạng thái thiết bị, cấp nguồn trên bus và an toàn nội tại.

PROFIBUS PA

PROFIBUS PA (PA- Process automation) là một fieldbus có chức năng toàn diện thường được sử dụng cho thiết bị cấp quá trình. Nó dành riêng cho các ứng dụng hiện trường, nơi yêu cầu giao tiếp giữa các dụng cụ đo và hệ thống điều khiển.

Thiết bị PROFIBUS PA không được kết nối trực tiếp với bộ điều khiển. Điều này được thực hiện trên mạng PROFIBUS DP nhanh hơn và tiếp cận thông qua bộ ghép nối hoặc liên kết. Bộ ghép nối/liên kết hoạt động như một giao diện mạng và cung cấp năng lượng cho bus.

PROFIBUS FM

PROFIBUS FM cung cấp cho người dùng nhiều lựa chọn chức năng khi so sánh với các biến thể khác. Đây là giải pháp trong tiêu chuẩn truyền thông chung có thể được sử dụng để giải quyết các nhiệm vụ truyền thông phức tạp giữa PLC và DCS. Biến thể này hỗ trợ giao tiếp giữa các hệ thống tự động hóa bên cạnh việc trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị thông minh, thường được sử dụng ở cấp độ điều khiển. Gần đây, vì chức năng chính của nó là giao tiếp ngang hàng, nó đang được thay thế bằng ứng dụng trong Ethernet.

PROFINET

PROFINET là một giao thức dựa trên Ethernet công nghiệp. PROFINET hỗ trợ giao tiếp nhanh hơn và cũng có nhiều băng thông hơn. Điều này có nghĩa là một thông điệp được trao đổi trên mạng PROFINET có thể chứa nhiều thông tin hơn một thông điệp trên PROFIBUS.

PROFIsafe

PROFIsafe là một lớp phần mềm bổ sung cung cấp chức năng an toàn qua bus trong mạng PROFINET (hoặc PROFIBUS). PROFIsafe sẽ đảm nhận phần an toàn chức năng của thông tin liên lạc. Nó đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu an toàn dự phòng được truyền giữa các thiết bị an toàn và bộ điều khiển an toàn đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn liên quan cho mạng công nghiệp (lên đến SIL3 theo IEC 61508 / IEC 62061 hoặc Loại 4 theo EN 954-1, hoặc PL “e” theo ISO 13849-1).

Sơ đồ dưới đây minh họa sự khác biệt giữa PROFIsafe và PROFINET về vai trò. PROFINET là giao thức truyền thông tổng thể. PROFIsafe là một lớp bổ sung đáp ứng các yêu cầu an toàn chức năng của ứng dụng.

Foundation Fieldbus

Foundation Fieldbus là một hệ thống truyền thông hai chiều, nối tiếp, kỹ thuật số, đóng vai trò là mạng cấp cơ sở trong môi trường tự động hóa nhà máy. Nó là một kiến trúc mở, được phát triển và quản lý bởi FieldComm Group.

Có hai biến thể.

Foundation Fieldbus H1

Hoạt động ở tốc độ 31,25 kbit / s và thường được sử dụng để kết nối với các thiết bị trường và hệ thống máy chủ. Nó cung cấp giao tiếp và cấp nguồn qua hệ thống dây xoắn đôi tiêu chuẩn trong cả các ứng dụng an toàn thông thường và nội tại. H1 hiện là cách triển khai phổ biến nhất.

Foundation Fieldbus HSE

Hoạt động ở tốc độ 100/1000 Mbit / s và thường kết nối các hệ thống con đầu vào / đầu ra, hệ thống chủ, thiết bị liên kết và cổng. Nó hiện không cung cấp nguồn qua cáp, mặc dù công việc đang được tiến hành để giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng tiêu chuẩn IEEE802.3af Power over Ethernet (PoE).

Foundation Fieldbus ban đầu được dự định thay thế cho tiêu chuẩn 4-20 mA và ngày nay nó cùng tồn tại cùng với các công nghệ khác như Modbus, Profibus và Industrial Ethernet. Foundation Fieldbus ngày nay có cơ sở được lắp đặt ngày càng tăng trong nhiều ứng dụng quy trình nặng như lọc dầu, hóa dầu, sản xuất điện và thậm chí cả thực phẩm và đồ uống, dược phẩm và các ứng dụng hạt nhân.

FF là một giao thức ngang hàng. Các thiết bị hiện trường như máy phát có thể giao tiếp với nhau mà không cần máy chủ, ví dụ: DCS hoặc PLC và chúng có thể bắt đầu giao tiếp mà không cần lệnh đặc thù cụ thể.