Sự khác biệt giữa giao thức Modbus và DNP3

Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) thu thập thông tin từ thiết bị từ xa thông qua thiết bị đo từ xa (RTU) và chuyển dữ liệu đến một trạm chủ để con người vận hành. Hệ thống SCADA thực hiện bất kỳ lệnh điều khiển cần thiết nào. Quá trình truyền dữ liệu và báo cáo này có thể thực hiện được là nhờ các giao thức truyền thông. Giao thức truyền thông đơn giản là một kênh cho phép các thiết bị khác nhau giao tiếp với nhau.

DNP3 (Distributed Network Protocol, version 3) và Modbus là hai trong số các giao thức được sử dụng phổ biến nhất trong hệ thống SCADA. Mặc dù cả hai đều được sử dụng trong các hệ thống giám sát và điều khiển từ xa, bạn có thể nhận thấy một số điểm khác biệt chính giữa chúng. Hãy cùng khám phá sự khác biệt giữa giao thức Modbus và DNP3 nhé.

Giao thức định hướng theo byte

Cả DNP3 và Modbus đều là giao thức định hướng theo byte. Điều này có nghĩa là cả hai đều sử dụng byte hoặc ký tự văn bản đầy đủ làm mã điều khiển.

Cấu trúc lớp vật lý

Modbus là một giao thức lớp ứng dụng, trong khi DNP3 chứa: lớp liên kết dữ liệu, lớp ứng dụng và lớp Transport.

Cả hai giao thức đều được sử dụng rộng rãi trên nhiều lớp vật lý, bao gồm RS-232, RS- 422, RS-485 và TCP / IP. Modbus có một biến thể riêng khi sử dụng qua TCP/ IP được gọi là Modbus TCP/ IP. Với DNP, giao thức chỉ được gói gọn trong TCP / IP.

Lịch sử

Modbus được phát triển trong ngành điều khiển quá trình bởi Modicon vào năm 1979. Ban đầu nó được thiết kế như một cách đơn giản để truyền dữ liệu giữa các thiết bị điều khiển và cảm biến thông qua giao diện RS-232. Modbus hiện hỗ trợ các phương tiện truyền thông khác, bao gồm TCP / IP.

Modbus hiện là một tiêu chuẩn mở, được quản lý bởi Modbus-IDA

Giao thức mạng phân tán (DNP) ban đầu được phát triển bởi Westronic, Inc. (nay là GE Harris) vào năm 1990. Bộ tài liệu đặc tả giao thức “DNP 3.0 Basic 4” đã được phát hành vào năm 1993 và quyền sở hữu giao thức đã được trao cho DNP Users Group được thành lập vào tháng 10 năm 1993.

DNP được phát triển đặc biệt để sử dụng trong các ứng dụng SCADA ngành Điện. Nó hiện là giao thức phổ biến trong các hệ thống SCADA ngành Điện và đang trở nên phổ biến trong các ngành công nghiệp khác như: Dầu khí, Nước và xử lý Nước thải.

Kiểu dữ liệu

Các thiết bị Modbus thường cho phép truy cập vào các đầu vào và đầu ra trên bộ lập trình PLC. Tiêu chuẩn giao thức Modbus không chỉ định cách gửi các giá trị thanh ghi 16-bit. Chúng có thể được gửi byte cao đầu tiên hoặc byte thấp trước, có dấu hoặc không dấu. Các thanh ghi kế tiếp thậm chí có thể được kết hợp để tạo ra các số dấu phẩy động.

Giá trị thanh ghi Modbus thường được chia thành các dải đặc biệt (ví dụ: Holding Registers có địa chỉ từ 40001 đến 49999). Bởi vì Modbus hỗ trợ khái niệm đọc ngược giá trị của một đầu ra, hầu hết các thiết bị Modbus chỉ triển khai dữ liệu kiểu “đầu ra”. Với việc triển khai này, tất cả các đầu vào đều được đọc và xử lý như thể chúng là đầu ra.

DNP xác định một số lượng lớn các kiểu dữ liệu. Trong mỗi loại có thể hỗ trợ nhiều biến thể. Các biến thể này có thể mô tả việc dữ liệu được gửi dưới dạng số nguyên 16 bit hay 32 bit, giá trị floating point 32-bit hoặc 64-bit; có hoặc không có dấu…

So sánh kiểu dữ liệu giữa Modbus và DNP3

Đọc dữ liệu (đầu vào)

Modbus đọc các giá trị từ phạm vi đầu vào/ ra bằng cách đưa ra một yêu cầu duy nhất để đọc phạm vi dữ liệu hoặc kiểu dữ liệu. Tất cả dữ liệu được coi là “giá trị hiện tại”. Modbus tiêu chuẩn không có khái niệm về sự kiện (chỉ báo tạm thời) hoặc thời gian. Bất kỳ dữ liệu nào không được thu thập sẽ bị mất khi dữ liệu mới được cập nhật.

Đặc tả DNP3 hỗ trợ nhiều phương pháp đọc đầu vào riêng lẻ hoặc theo nhóm. Ví dụ, nhiều loại dữ liệu có thể được gói gọn trong một thông điệp duy nhất để nâng cao hiệu quả. Dấu thời gian và thông tin chất lượng dữ liệu cũng có thể được bao gồm

DNP3 cũng hỗ trợ các sự kiện thay đổi. Bằng cách chọn các sự kiện thay đổi, trạm Master có thể giảm lưu lượng tổng thể trên đường dây, vì chỉ các giá trị đã thay đổi mới được báo cáo. Điều này thường được gọi là Báo cáo theo Ngoại lệ (RBE).

Để nâng cao hơn nữa hiệu quả, DNP3 cũng hỗ trợ báo cáo không mong muốn. Với báo cáo không được yêu cầu, các thiết bị Slave có thể gửi các bản cập nhật khi các giá trị thay đổi mà không cần phải đợi một cuộc thăm dò từ Master.

Hoạt động kiểm soát (Kết quả đầu ra)

Modbus hỗ trợ các hoạt động điều khiển thông qua các kiểu dữ liệu đọc / ghi (Coils và Holding Register).

DNP3 hỗ trợ các hoạt động điều khiển thông qua các nhóm đối tượng đầu ra (CROB và Analog Output Blocks). Các đối tượng đầu ra DNP3 cũng được đọc / ghi; đọc đối tượng đầu ra trả về thống kê đầu ra (tức là lệnh cuối cùng được viết). Giá trị thực của biến điều khiển có thể được giám sát thông qua đầu vào Binary hoặc Analog.

DNP3 cũng hỗ trợ các hoạt động điều khiển hai bước bảo mật cao. Với các thao tác này, yêu cầu “Select” sẽ được gửi trước. Sau khi nó được thiết bị Slave xác nhận, yêu cầu “Operate” thực tế sẽ được gửi đi. Trình tự chọn / vận hành đảm bảo tính toàn vẹn của lệnh điều khiển.

DNP3 cũng hỗ trợ nhiều chức năng thường được sử dụng trên các ứng dụng điều khiển, chẳng hạn như đầu ra xung và đầu ra ghép đôi. Các cờ do DNP3 báo cáo cung cấp thông tin trạng thái chất lượng đầu ra quan trọng, bao gồm việc liệu điểm có ngoại tuyến hay không, nếu điểm đó đang được kiểm soát cục bộ (ví dụ: ghi đè cục bộ),…vv

Kết luận

Nhiều nhà quản lý chọn Modbus do tính đơn giản của nó cho các thiết bị nhỏ và số lượng rất lớn các thiết bị khác nhau hỗ trợ giao thức này. Nó được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điều khiển quá trình và SCADA.

DNP3 được tiêu chuẩn hóa cao, có tính tương thích cao và khả năng tương tác giữa các thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau.

Cả Modbus hoặc DNP3 đều có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường SCADA. Vì vậy, để lựa chọn giữa Modbus và DNP3, bạn cần phải xem xét, đánh giá đúng hệ thống mạng của mình đang sử dụng.