Was sind die Protokolle Modbus RTU und Modbus TCP?
In den 1970er Jahren befand sich der Bereich der industriellen Automatisierung in einer Phase rasanter Entwicklung. Die rasche Entwicklung der Industrie brachte auch einige Probleme mit sich. Damals verwendeten die verschiedenen Hersteller von Geräten unterschiedliche Protokolle, so dass ihre Geräte nicht miteinander kommunizieren konnten.
Um dieses Problem zu lösen, wurde das Modbus-Protokoll entwickelt. Es ist ein offenes, standardisiertes Protokoll, das eine Vielzahl von Datentypen und Funktionscodes unterstützt, um unterschiedliche Kommunikationsanforderungen zu erfüllen. Modbus-Protokoll hat 3 Typen, darunter ASCII, RTU und TCP.
Wenn das Modbus-Protokoll die Übertragung über die serielle Schnittstelle verwendet, können die ersten beiden Typen gewählt werden, aber die Daten müssen geprüft werden. Bei der Ethernet-Übertragung wird der TCP-Typ verwendet, bei dem keine Prüfsummen erforderlich sind. Modbus ASCII wird aufgrund der Ineffizienz der Datenübertragung, die hauptsächlich ASCII-Codes verwendet, weniger häufig eingesetzt. Im Gegensatz dazu eignen sich Modbus RTU und Modbus TCP besser für den Einsatz in modernen industriellen Umgebungen, die eine höhere Übertragungseffizienz erfordern. In diesem Artikel werden wir diese beiden Protokolle analysieren, ihre Funktionsprinzipien und Anwendungsszenarien vorstellen und hoffen, Ihnen damit behilflich zu sein.
Prinzip der Modbus-Kommunikation
Das Prinzip der Modbus-Kommunikation ist das gleiche: Es wird ein Master-Slave-Kommunikationsmodus verwendet. Das bedeutet, dass es Master- und Slave-Geräte gibt, und das Master-Gerät kann die Übertragung initialisieren und dann eine Anfrage an das Slave-Gerät senden. Das Slave-Gerät kann nicht aktiv auf die Anfrage antworten, sondern nur entsprechend der Anfrage des Master-Geräts. Das Slave-Gerät führt dann den angeforderten Vorgang aus und sendet anschließend eine Antwort an das Master-Gerät. Das Master-Gerät empfängt die Antwort, parst sie und schließt damit den Kommunikationsprozess ab.
Ein Master-Gerät kann mit einem oder mehreren Slave-Geräten gleichzeitig verbunden sein, aber es kann nur ein Master-Gerät und ein Slave-Gerät in einer Kommunikation geben. Wenn ein Master-Gerät mit einem Slave-Gerät verbunden ist, kommunizieren sie im Unicast-Modus miteinander. Ist jedoch das Master-Gerät mit mehr als einem Slave-Gerät verbunden, muss für die Kommunikation der Broadcast-Modus gewählt werden.
Wie Modbus RTU funktioniert
Modbus RTU unterstützt eine Vielzahl von elektrischen Schnittstellen, wie RS 232, RS 485 und RS 422. Es überträgt Daten in binärer Form, wobei jedes Byte zwei 4-Bit-Hexadezimalzahlen enthält. RTU-Protokollbefehle bestehen aus 5 Teilen: Adresscode, Funktionscode, Startadresse, Daten und Prüfcode. Beispiel für einen Sendebefehl: 01 03 76 83 00 0C AE 6F, wobei 01 der Adresscode ist, der für die Slave-Adresse steht; 03 ist der Funktionscode, der "lesen" bedeutet; 76 83 ist die Adresse des Registers; 00 0C ist die Anzahl der gelesenen Register; AE 6F steht für die CRC-Prüfsumme.
Modbus RTU Anwendungsszenarien
Denn Modbus RTU ist einfach und stabil in der binären Form der Datenübertragung. Es eignet sich daher sehr gut für die Kommunikation über große Entfernungen, schwierige Verdrahtungsszenarien oder Szenarien mit einer breiten Verteilung von Geräten. Zum Beispiel für industrielle Automatisierungsszenarien, kleine Steuersysteme, usw.
Modbus TCP Arbeitsprinzip
Modbus TCP wurde für die Übertragung von Modbus-Daten über Ethernet unter Verwendung des TCP502-Ports entwickelt. Modbus TCP basiert auf Modbus RTU plus dem MBAP-Header. Da TCP auf einem zuverlässigen Verbindungsdienst basiert, verwendet es keine CRC-Prüfsummen mehr, sondern verlässt sich auf die eigenen Fehlererkennungs- und Korrekturmechanismen von TCP. Senden Sie zum Beispiel den Befehl: 68 68 00 00 00 06 01 03 33 65 00 04. Dabei ist 68 68 die Sequenznummer der Nachricht; 00 00 zeigt an, dass es sich um das verwendete Modbus-TCP-Protokoll handelt; 00 06 gibt die Anzahl der nachfolgenden Bytes an; 01 ist die Slave-Adresse; 03 ist der Funktionscode; 33 65 gibt die Registeradresse an; 00 04 ist die Anzahl der Register.
Modbus TCP Anwendungsszenarien
Modbus TCP wird wegen seiner hohen Übertragungsgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit häufig in komplexeren Szenarien eingesetzt. Zum Beispiel bei großen Steuerungssystemen, Gebäudeleitsystemen usw.
In der Praxis müssen wir abwägen, ob wir das Modbus RTU- oder das Modbus TCP-Protokoll verwenden wollen. Wenn Sie eine bestehende Netzwerkinfrastruktur haben, große Datenmengen austauschen und schnell reagieren müssen, ist TCP eine gute Wahl. Wenn Sie eine einfache, kostengünstige Kommunikation über große Entfernungen benötigen, ist die Verwendung von RTU eine gute Wahl.
Modbus RTU und Modbus TCP sind wie zwei gute Freunde, die jeweils ihre Vorteile haben und zusammen den effektiven Datenaustausch zwischen Geräten unterstützen. Mit der Entwicklung von Industrie 4.0 werden sie in mehr neue Technologien integriert werden. Freuen wir uns auf die Zukunft, sie werden mehr Wert für die Entwicklung der industriellen Automatisierung schaffen!