Was ist Modbus?

Modbus ist ein Kommunikationsprotokoll, das für die Übertragung von Daten in industriellen Automatisierungssystemen verwendet wird. Es wurde 1979 entwickelt und ist eines der ältesten und am weitesten verbreiteten Protokolle für industrielle Automatisierung. Modbus ermöglicht es Geräten, Daten miteinander auszutauschen und zu kommunizieren.

Modbus wird in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt, einschließlich Prozessleitsystemen, Temperaturreglern, Messgeräten und anderen Geräten, die in der industriellen Automatisierung verwendet werden. Es ist einfach zu implementieren und bietet eine gute Kompatibilität zwischen verschiedenen Geräten, unabhängig von ihrer Herstellermarke.

Modbus ist der bisherige De-facto-Standard wenn es um offene Protokolle in der Automatisierungsindustrie geht. Seit einigen Jahren wird jedoch vornehmlich auf OPC UA gesetzt.

Verbreitung

Aufgrund der Offenheit des Protokolls hat es in den vergangenen Jahren Einzug in verschiedenste Anwendungsfälle gehalten. Dazu zählen beispielsweise:

  1. Prozessleitsysteme: Modbus wird oft verwendet, um Daten zwischen Prozessleitsystemen und anderen Geräten auszutauschen. Hierbei können Daten wie Prozessparameter, Alarme und andere wichtige Informationen übertragen werden.

  2. Messgeräte: Das Protokoll wird oft verwendet, um Daten zwischen Messgeräten und anderen Geräten auszutauschen. Hierbei können Daten wie Spannung, Strom, Leistung und andere elektrische Größen übertragen werden.

  3. Antriebssysteme: Modbus wird oft verwendet, um Daten zwischen Antriebssystemen und anderen Geräten auszutauschen. Hierbei können Daten wie Geschwindigkeit, Drehmoment und andere wichtige Antriebsparameter übertragen werden.

  4. Sensoren: Das Protokoll wird oft verwendet, um Daten zwischen Sensoren und anderen Geräten auszutauschen. Hierbei können Daten wie Druck, Beschleunigung und andere wichtige Sensorparameter übertragen werden.

Schnittstellen und Betriebsmodi

MODBUS kann entweder mit älteren seriellen Schnittstellen wie RS-232 und RS-485 oder über Ethernet betrieben werden.

Dabei bestehen verschiedene Betriebsarten zur Verfügung:

  • MODBUS/RTU: binäre Datenübertragung 
  • MODBUS/ASCII: Übertragung im ASCII Format und damit in theoretisch menschenlesbarer Form
  • MODBUS/TCP: ähnlich zu RTU, allerdings wird das Transmission Control Protocol (TCP) zur Übermittlung verwendet. Der TCP Port 502 ist für MODBUS reserviert. Modbus/TCP kann seit 2018 auch Transport Layer Security (TLS) nutzen um Daten sicher zu übertragen. Dazu wird der TCP-Port 802 genutzt.

Genaueres zur Implementierung des Standards kann in der Dokumentation nachgelesen werden.

Eine Hand hält einen RS-232-Stecker, wie er zur Implementierung Implementierung einer Modbus-RTU-Schnittstelle genutzt werden kann.
RS-232 Stecker; (Seth Morabito; CC BY-SA 2.0) Quelle: https://www.flickr.com/photos/twylo/2592395272

Verwendung für die Maschinendatenerfassung

Maschinen mit einer MODBUS-Schnittstelle können an eine IoT Plattform oder ein MES (Manufacturing Execution System) angebunden werden, indem ein kompatibler Treiber verwendet wird, der die Kommunikation zwischen der Maschine und dem MES ermöglicht. Folgende Schritte können hierbei helfen:

  1. Verbinden der Maschine mit dem Netzwerk: Die Maschine muss über ein Ethernet-Kabel oder eine andere Art der Netzwerkverbindung mit dem MES-System verbunden werden.

  2. Konfigurieren des Treibers: Der MODBUS-Treiber muss auf dem MES-System installiert und konfiguriert werden. Hierbei müssen die relevanten Parameter wie die IP-Adresse, die Portnummer und andere Konfigurationsdetails eingestellt werden.

  3. Konfigurieren der MODBUS-Schnittstelle auf der Maschine: Die Schnittstelle auf der Maschine muss ebenfalls konfiguriert werden. Hierbei müssen die relevanten Parameter wie die IP-Adresse, die Portnummer und andere Konfigurationsdetails eingestellt werden.

  4. Überprüfen der Verbindung: Sobald die Konfiguration abgeschlossen ist, kann die Verbindung zwischen der Maschine und dem MES überprüft werden, indem Daten zwischen den beiden Systemen ausgetauscht werden.

  5. Integrieren der Daten in das MES: Sobald die Verbindung hergestellt ist, können die Daten aus der Maschine in das MES integriert werden. Hierbei können spezifische Anwendungen oder Tools verwendet werden, um die Daten in ein lesbares Format zu übersetzen und in das MES zu integrieren.

Je nach System und MODBUS-Schnittstelle auf der Maschine kann der notwendige Integrationsaufwand variieren. Die Dokumentation und Anleitungen des jeweiligen Herstellers können jedoch einen ersten Anhaltspunkt über den Funktionsumfang und den Aufwand für die Integration in ein übergeordnetes System bieten. 

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