Nghiên cứu thiết kế giao diện truyền thông Modbus giữa máy tính PC với hệ biến tần - Động cơ không đồng bộ ba pha

TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) 
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) JMST 
37 
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ GIAO DIỆN TRUYỀN THÔNG MODBUS 
GIỮA MÁY TÍNH PC VỚI HỆ BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 
BA PHA 
A STUDY OF DESIGN MODBUS COMMUNICATIONS INTERFACE 
BETWEEN PC COMPUTER WITH THREE PHASE MOTOR-INVERTER 
ĐÀO MINH QUÂN, ĐÀO QUANG KHANH* 
Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 
*Email liên hệ: khangdq@vimaru.edu.vn 
1. Đặt vấn đề 
Hiện nay, các nghiên cứu về ghép nối truyền 
thông công nghiệp được phát triển rất mạnh mẽ với 
các thiết bị điện - điện tử công suất, truyền động điện 
hiện đại [2], Trong các thiết kế hệ thống người ta 
thường sử dụng màn hình HMI, PLC kết nối với các 
thiết bị [8], [9], việc phát triển các ứng dụng như trên 
chủ yếu được áp dụng cho những điều khiển trực tiếp 
tại hệ thống, thực hiện các thao tác đơn giản, không 
giám sát từ khoảng cách xa. Một cách ghép nối truyền 
thông giám sát từ xa là sử dụng máy tính công nghiệp 
kết nối với hệ thống thông qua phần mềm SCADA 
bằng giao thức Modbus [5], [6], [7], tuy nhiên các 
nghiên cứu này chủ yếu sử dụng phần mềm tích hợp 
thiết bị sẵn như WinCC hoặc LabVIEW. Việc tự phát 
triển các phần mềm kết nối và điều khiển bằng máy 
tính PC với thiết bị điện - điện tử công nghiệp bằng 
giao thức Modbus vẫn còn là vấn đề cần phải quan 
tâm nhiều hơn. Ngoài ra, việc tự phát triển phần mềm 
còn giúp kỹ sư, sinh viên, học viên nghiên cứu sâu hơn 
về truyền thông công nghiệp, khai thác có hiệu quả 
hơn các thiết bị điện tử công nghiệp hiện đại. Vì vậy, 
nhóm tác giả đề xuất tự xây dựng một giao diện phần 
mềm có thể ghép nối truyền thông, thu thập dữ liệu và 
điều khiển một thiết bị điện tử công nghiệp phổ biến 
là biến tần - động cơ không đồng bộ 3 pha. Giao diện 
phần mềm được xây dựng bằng ngôn ngữ Visual Basic 
6.0, là ngôn ngữ thông dụng được dùng để thiết kế 
giao diện trên máy tính, dễ dàng phát triển được các 
ứng dụng, đóng gói và cài đặt vào máy tính PC [1]. 
2. Nội dung 
2.1.Ghép nối truyền thông máy tính PC với 
biến tần Invt GD20 
2.1.1.Giao thức truyền thông Modbus với biến tần Invt 
GD20 
Truyền thông Modbus là một giao thức truyền 
thông phổ biến trong công nghiệp, các thiết bị có thể 
giao tiếp với nhau thông qua giao thức truyền thông 
Tóm tắt 
Trong bài báo này đề xuất một phương thức truyền 
thông Modbus giữa máy tính PC với hệ biến tần 
động cơ không đồng bộ 3 pha qua giao diện được 
thiết kế bằng ngôn ngữ Visual Basic. Việc xây dựng 
giao diện truyền thông này, nhằm giúp giảng viên, 
sinh viên tiếp cận công nghệ truyền thông công 
nghiệp với hệ truyền động điện hiện đại, dễ dàng 
cập nhật thông tin và cài đặt cho hệ biến tần qua 
máy tính PC. Kết quả nghiên cứu đã xây dựng một 
giao diện trên máy tính trực quan, cập nhật được 
thông số cài đặt, hiển thị được đầy đủ thông tin 
hoạt động của một hệ biến tần động cơ không đồng 
bộ 3 pha. Ngoài ra, kết quả cũng cho thấy khả 
năng áp dụng ghép nối truyền thông công nghiệp 
cho điều khiển và giám sát từ xa với các thiết bị 
điện hiện đại điện trong ngành điện tự động tàu 
thủy, điện tự động công nghiệp. 
Từ khóa: Biến tần, ghép nối truyền thông công 
nghiệp, ngôn ngữ Visual Basic. 
Abstract 
This paper, we propose a Modbus communication 
method between PC and inverter system-
asynchronous 3-phase motor through an interface 
designed in VisualBasic language. The 
construction of this communication interface is 
aimed at helping lecturers and students access 
industrial communication technology with modern 
electric drive systems, easily updating information 
and installing the inverter system via a PC. The 
research results have built an intuitive computer 
interface, updated the settings, showing the full 
operation information of a 3 - phase asynchronous 
motor inverter system. In addition, the results also 
show the ability to apply industrial 
communications for remote control and 
monitoring with modern electrical equipment in 
shipbuilding and industrial automation. 
Keywords: Inverter motor drive, communication 
interface, visualbasic language. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) 
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) 
JMST 
38 
này qua cổng truyền RS485 hoặc RS422 và mô hình 
dạng Master-Slave. Trong truyền thông Modbus có ba 
chế độ truyền thông là: ASCII, RTU và TCP [3], tuy 
nhiên với biến tần Invt GD20 chỉ được cấu hình hai 
chế độ truyền thông là ASCII và RTU. Một thiết bị 
Master điều khiển các Slave, thiết bị Master sẽ gửi tín 
hiệu lệnh, yêu cấu tới các thiết bị Slave khác và thực 
thi lệnh đó Hình 1a. Trong bài báo này, tác giả sử dụng 
thiết bị Master là máy tính PC, thiết bị Slave là biến 
tần Invt GD20, có sơ đồ ghép nối như Hình 1b [4]. 
2.1.2. Cấu hình truyền thông Modbus với biến tần Invt 
GD20 
Truyền thông Modbus trong biến tần Invt GD20 là 
chế độ truyền thông RTU. Mỗi byte (8 bit) của khung 
truyền được mã hóa thành 2 ký tự ASCII (mỗi ký tự 
được mã hóa trên một nibble), do đó thông tin truyền 
thông trong chế độ RTU cho một lần truyền mang 
được nhiều thông tin hơn so với chế độ ASCII. Khung 
truyền thông dữ liệu trong chế độ RTU được thể hiện 
trong Bảng 1 [4].
Bảng 1. Khung truyền thông Modbus trong chế độ RTU 
Tốc độ Baud 9600/19200/38400/57600 
Start bit 1 bit 
Data bit 8 bit 
Parity bit 0 bit 
Stop bit 1 bit 
a) b) 
Hình 1. (a) Sơ đồ ghép nối Modbus giữa máy tính PC với nhiều biến tần qua chuẩn RS485, 
(b) Sơ đồ ghép nối Modbus giữa máy tính PC với biến tần Invt GD20 qua chuẩn RS485 
Hình 2. Gói dữ liệu truyền thông Modbus trong chế độ RTU 
39 
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) 
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) JMST 
Với biến tần Invt GD20, chế độ truyền thông 
Modbus được cài đặt bằng cài đặt thông số truyền 
thông cho biến tần ở địa chỉ P14 là địa chỉ dùng để 
giao tiếp Modbus. 
P14.00: Dùng để định địa chỉ giao tiếp, có thể chọn 
từ 1~247; 
P14.01: Dùng để chọn tốc độ Baud; 
P14.02: Cài đặt khung truyền. 
Cấu trúc gói dữ liệu truyền thông Modbus của biến 
tần Invt GD20 trong chế độ RTU được thể hiện trong 
Hình 2 [4]. 
- Byte địa chỉ ADDR: xác định thiết bị mang địa 
chỉ được nhận dữ liệu (đối với Slave) hoặc dữ 
liệu nhận được từ địa chỉ nào (đối với Master). Địa chỉ 
này được quy định từ 0-254; 
- Byte mã lệnh CMD: được quy định từ Master, 
xác định yêu cầu dữ liệu từ thiết bị Slave, trong đó 
03h: đọc dữ liệu tức thời dạng Byte từ Slave, 06h: ghi 
dữ liệu tức thời dạng Byte vào Slave. 
- Byte dữ liệu DATA: xác định dữ liệu trao đổi 
giữa Master và Slave; 
- Byte CRC: 2 byte kiểm tra lỗi của hàm truyền, 
giá trị của Byte CRC là 16 Bit. 
Quá trình Master nhận dữ liệu được thể hiện trong 
Bảng 2, trong bảng thể hiện việc nhận 2 byte dữ liệu 
liên tiếp là 0002H từ địa chỉ 0004H từ biền tần Invt 
GD20 có địa chỉ giao tiếp 01H [4]. 
Bảng 2. Cấu trúc gói dữ liệu truyền thông cho việc nhận 
dữ liệu 
Quá trình Master truyền dữ liệu được thể hiện 
trong Bảng 3, trong bảng thể hiện việc truyền 2 byte 
dữ liệu liên tiếp là 1388H tới địa chỉ 0004H của biến 
tần có địa chỉ Slave giao tiếp là 02H. 
Bảng 3. Cấu trúc gói dữ liệu truyền thông cho việc 
truyền dữ liệu 
Quá trình Master truyền dữ liệu được thể hiện 
trong Bảng 3, trong bảng thể hiện việc truyền 2 byte 
dữ liệu liên tiếp là 1388H tới địa chỉ 0004H của biến 
tần có địa chỉ Slave giao tiếp là 02H. 
2.2. Thiết kế giao diện và lập trình ghép nối 
truyền thông trên máy tính PC 
Việc thiết kế một giao diện trên máy tính PC sử 
dụng hệ điều hành Windows có thể dùng nhiều ngôn 
ngữ lập trình khác nhau như Visual C++, Visual C#, 
Visual Basic, Delphi, [3]. Trong bài báo này, nhóm 
tác giả sử dụng ngôn ngữ Visual Basic 6.0 (VB6.0), là 
ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng đơn giản, trực 
quan trên môi trường Windows, VB6.0 cung cấp một 
bộ công cụ hoàn chỉnh để đơn giản hóa việc triển khai 
lập trình ứng dụng, ghép nối máy tính và cho phép sử 
dụng các thư viện liên kết động có phần mở rộng *.dll, 
*.ocx. Có thể nói đây là cách nhanh và tốt nhất để phát 
triển các ứng dụng trên Microsoft Windows. 
Hình 3. Điều khiển Modbus ActiveX Control trong Visual 
Basic 6.0 
Để lập trình giao thức truyền thông Modbus trong 
môi trường Visual Basic ta phải sử dụng một Modbus 
ActiveX Control (Hình 3). Khi đó, trên thanh công cụ 
của VB 6.0 ta có một điều khiển Modbus với các thuộc 
tính của nó, cho phép ta dễ dàng sử dụng cho việc lập 
trình ghép nối truyền thông Modbus bằng VB 6.0 [1]. 
Từ những thông tin cần hiển thị của biến tần Invt 
GD20 như: điện áp, dòng điện, tốc độ, tần số, và 
thông tin cần điều khiển biến tần như: quay thuận, 
quay nghịch, điều chỉnh tần số (tốc độ quay, nhóm tác 
giả xây dựng một giao diện điều khiển như Hình 5, 
lưu đồ thuật toán của chương trình được thể hiện trong 
Hình 4. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) 
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) 
JMST 
40 
2.3. Kết quả và thảo luận 
Trên cơ sở nghiên cứu và xây dựng thuật toán 
trong các Mục 2.1, Mục 2.2, sử dụng môi trường 
thiết kế giao diện Visual Basic, nhóm tác giả đã 
thiết kế một giao diện truyền thông Modbus RTU 
trên máy tính PC cho hệ biến tần - động cơ không 
đồng bộ 3 pha như trong Hình 5. Sau khi kết nối 
máy tính PC với biến tần bằng chuẩn truyền thông 
RS485 nhóm tác giả đã hoàn thành hệ thống thí 
nghiệm truyền thông Modbus máy tính PC - biến 
tần như trong Hình 6. 
Hệ thống hoạt động trong chế độ không tải được 
thực hiện các như sau: 
- Thiết lập cổng Comm cho Master là máy tính 
PC và địa chỉ của Slave là biến tần trên các Combo 
của giao diện, xác nhận bằng nút Connect trên giao 
diện như trong Hình 5; 
- Thiết lập chế độ vẽ đồ thị, đặt tần số tại khung 
SV; 
- Cho hệ thống hoạt động bằng cách nhấn vào 
nút quay thuận FWD hoặc nút quay nghịch REV. 
Khi đó, hệ biến tần - động cơ sẽ hoạt động, động cơ 
quay thuận hoặc nghịch với các tốc độ khác nhau 
theo các tần số đặt trên khung SV được thể hiện 
trong Bảng 4; 
- Muốn dừng động cơ ta nhấn vào nút Stop hoặc 
dừng kết nối nhấn vào nút Disconnect trên giao diện 
của máy tính PC. 
Bảng 4. Tần số đặt cho hệ biến tần - động cơ và các 
thông số đo và hiển thị được trên phần mềm 
Nhận xét: Từ hệ thống thí nghiệm như trong Hình 
6 và những giá trị đặt tần số như trong Bảng 3, các 
thông tin như điện áp, dòng điện, tốc độ quay được 
hiển thị, cập nhật thời gian thực trên giao diện. Giao 
diện đã hiển thị chính xác, nhiều thông tin cập nhật 
thời gian thực hơn so với màn hình LED của biến tần 
chỉ hiện thị được một thông tin trong cùng thời điểm. 
Stt 
Tần số 
đặt (Hz) 
Dòng 
điện (A) 
Điện 
áp (V) 
Tốc độ 
(RPM) 
1 25 0,6 110 750 
2 50 0,6 219 1500 
3 30 0,6 131 900 
4 15 0,6 66 450 
5 45 0,6 175 1350 
Hình 4. Thuật toán lập trình giao diện truyền thông Modbus cho máy tính PC ghép nối với biến tần 
41 
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) 
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) JMST 
Ngoài ra, giao diện cũng tự động cập nhật các dữ liệu 
tần số đặt và tự động đọc chính xác tần số từ hệ thống 
và vẽ đồ thị đặc tính thay đổi tần số như thể hiện Hình 
7. Kết quả cho thấy, từ các tần số đặt khác nhau từ máy 
tính, hệ thống hoạt động ổn định, các đại lượng đọc 
được chính xác. Với việc thiết kế hệ thống đơn giản, 
giao diện được bố trí rõ ràng, trực quan, hiển thị đầy 
đủ các thông tin hoạt động của biến tần, thuận tiện cho 
việc giảng dạy trong phòng thực hành. 
5. Kết luận 
Truyền thông Modbus từ một thiết bị Master với 
một Slave là hệ Biến tần - động cơ được sử dụng 
phổ biến trong công nghiệp mang tính ứng dụng cao 
trong thực tế, thiết bị Master có thể thực hiện bằng 
nhiều phương án khác nhau như: màn hình HMI, 
giao diện WinCC-PC, Vi điều khiển, PLC, Trong 
bài báo này, hệ Biến tần-động cơ được ghép nối 
thành công với máy tính PC thông qua truyền thông 
Modbus bằng ngôn ngữ Visual Basic đã bổ sung 
một phương án giao tiếp mới bằng ngôn ngữ lập 
trình hướng đối tượng. Kết quả hoạt động của hệ 
thống cho thấy hệ thống làm việc ổn định, chính xác, 
việc thao tác thí nghiệm dễ dàng, phù hợp với giảng 
viên, sinh viên trong giảng dạy và học tập về truyền 
thông công nghiệp và điều khiển máy điện. Tuy 
nhiên, hạn chế của bài báo là chỉ dừng ở việc thí 
nghiệm khi hệ thông hoạt động ở chế độ không tải, 
giao diện truyền thông được phát triển trong môi 
trường Visual Basic 6.0 còn đơn giản, là môi trường 
thiết kế cổ điển. Trong tương lai, nhóm tác giả sẽ 
tiếp tục nghiên cứu thiết kế giao diện truyền thông 
phong phú hơn, bằng phiên bản Visual Basic mới 
hơn, thí nghiệm với hệ thống hoạt động ở nhiều chế 
độ tải khác nhau. 
Bài báo là kết quả đề tài nghiên cứu Khoa học cấp 
Trường năm học 2019-2020: “Nghiên cứu ghép nối 
truyền thông vi điều khiển với biến tần - động cơ”. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Nguyễn Thị Kiều Duyên, Lập trình Visual Basic 
đơn giản và hiệu quả, NXB Trẻ, 2000. 
[2] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Cơ sở truyền 
động điện, NXB KHKT, 2009. 
[3] Đinh Anh Tuấn, Đào Minh Quân, Mạng truyền 
thông công nghiệp tàu thủy, NXB Hàng hải, 2015. 
[4] Shenzhen INVT Electric Co.,Ltd, Operation 
Manual Goodrive20 Series Inverter, 2015. 
[5] Savas Sahin Modbus ‐ Based SCADA/HMI 
Applications, Journal of Information Technology 
and Application in Education, 2013 
[6] Sachintha Kariyawasam, Real-Time Simulation of 
a Microgrid Control System using modbus 
Communication, RTDS Technologies Inc., 
Winnipeg, Canada, 2018. 
[7] Traian Turc, Gas Plant SCADA Software 
Application¸ University of Targu Mures, 2015. 
[8] https://songnguyen.vn/huong-dan-truyen-thong-
modbus-rtu-bien-tan-yaskawa-voi-plc-delta-
dvp.html 
[9] https://dienminhquang.com/truyen-thong-
modbus-fx3u-mitsubishi-voi-bien-tan-m200-
nidec-huong-dan/. 
Hình 5. Giao diện truyền thông Modbus trên máy 
tính PC để ghép nối với biến tần 
Hình 6. Hệ thống thí nghiệm kết nối truyền thông 
Modbus giữa máy tính PC và biến tần - động cơ 
Hình 7. Hiển thị thông tin của hệ biến tần - động cơ 
trên máy tính 
Ngày nhận bài: 19/02/2020 
Ngày nhận bản sửa: 27/02/2020 
Ngày duyệt đăng: 10/03/2020