Wir können das Modbus-Protokoll als eine Möglichkeit definieren, Master-Slave-Kommunikation unter intelligenten Geräten herzustellen. Im Jahr 1979 von Modicon entwickelt, hat es breite Anwendung in einer Vielzahl von Segmenten gefunden.

Darüber hinaus ermöglicht es Ihnen, als unabhängiges Protokoll ein Mehrmarkennetzwerk zu haben, mit Geräten verschiedener Anbieter, die im selben Netzwerk kommunizieren. Sie werden Modbus TCP/IP, Modbus RTU und ASCII auf dem Markt sehen, daher werden wir die Unterschiede in Kürze erklären.

Modbus-Netzwerkkommunikationsprotokoll

Die Organisation, die das Protokoll aufrecht erhält, könnte eine Website-Aktualisierung vertragen, aber Sie können dort weiterhin viele Informationen finden.

Die Anwendungen des Modbus-Kommunikationsprotokolls

Wenn Sie Feldgeräte (Slaves) benötigen, um Daten an einen Controller (Master) für Analyse- und Aktionszwecke zu senden, kann das Modbus-Protokoll diese für Sie verbinden.

Sie sollten wissen, dass Modbus mehr als nur ein Industrieprotokoll ist. Sie können es auch in Bereichen wie Sicherheit, Energie, Transport und anderen Arten von Automatisierung finden. Seine einfache Konfiguration und Verwendung machen es flexibel für alle diese Szenarien und mehr.

In der Punkt-zu-Punkt-Kommunikation können Sie Modbus RS232 verwenden. Wenn Sie viele Slaves auf dem Netzwerk haben, können Sie Modbus TCP/IP oder RS485 anwenden. Modbus verbindet sich gut mit Arduino oder ähnlichen Lösungen. Auf der industriellen Seite bieten viele Feldgeräte Modbus als Option an.

Wie funktioniert es?

Beginnen wir mit dem Protokoll im Allgemeinen und tauchen dann ein in die Typen, erklären, wie sie funktionieren und wie sie sich unterscheiden. Dieses Protokoll findet Anwendung, wenn Sie Feldgeräte benötigen, um Daten an ein Steuerungssystem oder ein anderes Datensammelsystem zu senden. Zum Beispiel, wenn Sie Messgeräte haben, die einen Durchfluss messen, dann werden diese ihre Zahlen durch den Modbus an das Steuerungssystem senden.

modbus netzwerk

Sie können Modbus auch mit einem Computer verwenden, um Daten von einem Feldgerät zu erstellen oder zu sammeln. Sie können serielle Kommunikation mit dem Modbus RTU und ASCII oder mit dem Ethernet als Medium mit dem Modbus TCP/IP haben.

Okay, nun zu den Details.

RS-232

Wenn Sie beschließen, Modbus mit RS-232 anzuwenden, haben Sie eine maximale Distanz zwischen dem Master und dem Slave von 15 Metern. Und Sie können nur einen einzelnen Master und einen einzelnen Slave haben, was als Point-to-Point oder Peer-to-Peer-Verbindung bekannt ist.

RS-422 und RS-485

Wenn Sie RS-422 oder RS-485 verwenden, erhalten Sie mehr Flexibilität.  Hier können Sie einen Master und viele Slaves haben. Das Netzwerk hat eine Kabelstruktur von Tx+/Tx- zum Übertragen und Rx+/Rx – und eine Erdung zum Empfangen.

Sie werden mehr RS-485 als RS-422 sehen, da die erstere bis zu 32 Slaves ohne Repeater ermöglicht. Sie können jedoch bis zu 247 Slaves erhalten, wenn Sie Repeater im Netzwerk anwenden (maximale Länge = 1200 Meter).

Aufbau in einer RS-485

Wenn Sie Geräte zu einem Netzwerk hinzufügen, benötigen Sie alle Geräte in der gleichen Baud-Rate oder Bit-Rate, da das Protokoll asynchron ist. In der Regel können Sie zwischen 9600 und 19200 eine normale Geschwindigkeit erreichen, aber Sie können eine schnellere Geschwindigkeit von 300 bis 100000 einstellen.

Modbus-Meldung

Das Protokoll sendet einen Startzustand vom Master zu den Slaves. Diese Nachricht hat 28 Bits oder 3,5 Zeichen. Dann sendet der Master die Adresse, die die Slaves als 8-Bit Funktionscode erhalten.

modbus-meldung diagramme

Diese Liste zeigt die gängigsten Funktionscodes:

  • 1 – Lesespulenstatus
  • 2 – Lese-Input-Status
  • 3 – Lesen von Registern
  • 4 – Lese Input-Register
  • 5- Schreibe Single-Spulen-Status
  • 6- Schreibe Single-Register
  • 15- Schreibe Mehrspulenstatus
  • 16 – Schreibe mehrere Register

Nach den Funktionscodes sendet der Master Daten an die Slaves, ebenfalls in 8-Bit-Code. (Die Menge hängt von der Art des Slaves ab, aber Sie können die Details aus Ihrem Handbuch erhalten.) Als nächstes sendet der Master eine Fehlerprüfung in 16 Bit und schließlich einen Stop-Zustand in 28 Bit.

Auf der anderen Seite beantworten die Slaves Anfragen des Masters mit Echos und schweigen ansonsten.

Datentypen und Adressräume

Hier klären wir die Typen von Funktionscodes und wie sie im Modbus-Protokoll Anwendung finden.

modbus Datentypen und Adressräume

Mit einer Spule können Sie eine 1-Bit-Nachricht mit einer Adresse von 00001 bis 09999 lesen und schreiben. Separate Eingabe ist lediglich lesbar (read-only), wobei die Größe der Nachricht weiterhin 1 Bit ist und die Adresse zwischen 10001 und 19999 liegt.

Nun, mit einem Eingaberegister, haben Sie nur einen Lesezugriff, aber eine 16-Bit-Nachricht und eine Adresse von 30001 bis 39999. Und ein Halteregister gibt Ihnen Lese-/Schreibzugriff, mit einer 16-Bit-Nachricht und einer Adresse von 40001 bis 49999.

Um eine Nachricht von 32 Bit zu kommunizieren, benötigen Sie zwei Adressen mit 16 Bits, die gemeinsam senden. Der Master oder Slave wird die beiden Meldungen als 32-Bit-Einheit lesen.

Modbus ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

Sie können Master aufsetzen, sodass sie mit ASCII oder RTU kommunizieren. In ASCII wird jede 8-Bit-Einheit als zwei ASCII-Zeichen übertragen. ASCII kann bis zu einer Sekunde zwischen Zeichen haben, ohne einen Fehler zu erzeugen.

Modbus RTU (Remote Terminal Unit)

Wenn Sie den Master mit RTU einstellen, enthält jede Einheit zwei 4-Bit-hexadezimale Zeichen. RTU bietet einen besseren Datendurchsatz als ASCII aufgrund seiner hervorragenden Charakterdichte.

Modbus TCP/IP

Im Jahr 1999 entstand Modbus TCP/IP, um die neuen Anforderungen von Ethernet-Protokollen in industriellen Anwendungen zu handhaben. TCP/IP verwendet das Internet, um Daten zu transportieren, und die Modbus-Anweisungen kommen über TCP/IP.

Dieses Protokoll wurde für das Internet entwickelt und bietet Interoperabilität zwischen Anbietern.

Was ist eine Modbus-Karte?

Eine Modbus-Karte definiert einfach die Daten, die Sie in einem Slave finden – welche Art (Fluss, Druck, etc.), welche Position (Tabelle und Adresse) und welches Format (Byte, Wortfolge usw.).

Sie können auf dem Markt Geräte mit vordefinierten Karten finden, aber für die meisten von ihnen können Sie Ihre eigene erstellen, um mit dem Master zu kommunizieren.

Schlussfolgerung

Und das ist alles, was wir für Modbus haben! Irgendwelche Fragen? Teilen Sie sie in den Kommentaren!

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