Modbus FAQ: Über die Modbus-Organisation
Wer ist die Modbus-Organisation?
Die Modbus-Organisation ist eine unabhängige, mitgliederbasierte Non-Profit-Organisation (die als Unternehmensverband unter dem US-Steuercode 501 (c) 6 arbeitet). Sie ist eine Gruppe von unabhängigen Anwendern und Anbietern von Automatisierungsgeräten, die sich zum Ziel gesetzt hat, die Einführung der Modbus-Kommunikationsprotokollsuite und die Entwicklung von Architekturen für verteilte Automatisierungssysteme in verschiedenen Marktsegmenten voranzutreiben. Die Modbus Organization stellt die Infrastruktur zur Verfügung, um Informationen über die Protokolle, deren Anwendung und Gerätezertifizierung zu erhalten und auszutauschen, um die Implementierung durch die Anwender zu vereinfachen. Die Modbus Organization und ihre Mitgliedsunternehmen werden die Weiterentwicklung des Modbus TCP/IP-Protokolls vorantreiben.
Welche Beziehung besteht zwischen Modbus, der Modbus Organization und Schneider Electric?
Modicon, heute Schneider Electric, führte das Modbus-Protokoll 1979 in den Markt ein. Schneider Automation unterstützte und pflegte in der Vergangenheit die Modbus-Seite. Mit dem Wissen um die wichtige Rolle, die es auf dem Markt spielt, unterstützte Schneider Electric die Entwicklung einer unabhängigen Organisation für Entwickler und Anwendergemeinschaften: Die Modbus Organization.
Kann ich der Modbus Organization beitreten?
Einzelpersonen und Institutionen werden ermutigt, der Modbus Organization beizutreten. Der Antrag umreißt die Kategorien der Mitgliedschaft und die entsprechenden Vorteile und Verantwortlichkeiten. Bitte kontaktieren Sie uns, wenn Sie Fragen haben.
Gibt es bestimmte Branchen, die von der Verwendung des Modbus-Protokolls profitieren können?
Modbus ist nicht branchenspezifisch und wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt. Der gemeinsame Nenner ist die Messaging-Struktur, die alle Geräte unterstützen. Als Reaktion auf die Nachfrage der Kunden hat die Halbleiterindustrie einen Netzwerk-Kommunikationsstandard und ein Object Messaging Protocol mit Modbus TCP/IP implementiert. Damit können SEMI Sensor Bus kompatible Sensoren über Modbus TCP/IP miteinander kommunizieren.
Modbus FAQ: Über das Protokoll
Was ist das Modbus ®-Protokoll?
Das Modbus-Protokoll ist eine Messaging-Struktur, die 1979 von Modicon entwickelt wurde. Es wird verwendet, um eine Client-Server-Kommunikation zwischen intelligenten Geräten aufzubauen. Es ist ein De-facto-Standard, wirklich offen und das am weitesten verbreitete Netzwerkprotokoll in der industriellen Fertigungsumgebung. Es wurde von Hunderten von Anbietern auf Tausenden von verschiedenen Geräten implementiert, um diskrete/analoge E/A- und Registerdaten zwischen Steuergeräten zu übertragen. Es ist eine Lingua Franca oder ein gemeinsamer Nenner zwischen verschiedenen Herstellern. Ein Bericht bezeichnete es als den „De-facto-Standard in der Multi-Vendor-Integration“. Branchenanalysten berichten von über 7 Millionen Modbus-Knoten allein in Nordamerika und Europa.
Wo wird Modbus ® eingesetzt?
Modbus wird in zahlreichen Client-Server-Anwendungen eingesetzt, um Geräte zu überwachen und zu programmieren; um zwischen intelligenten Geräten und Sensoren und Instrumenten zu kommunizieren; um Feldgeräte mit PCs und HMIs zu überwachen. Modbus ist auch ein ideales Protokoll für RTU-Anwendungen, bei denen eine drahtlose Kommunikation erforderlich ist. Aus diesem Grund wird es in unzähligen Anwendungen in der Gas- und Ölindustrie sowie in Umspannwerken eingesetzt. Aber Modbus ist nicht nur ein Industrieprotokoll. Gebäude-, Infrastruktur-, Transport- und Energieanwendungen nutzen ebenfalls seine Vorteile.
Was ist Modbus TCP/IP-Protokoll?
TCP/IP ist das gemeinsame Transportprotokoll des Internets und ist eigentlich ein Satz von Schichtprotokollen, die einen zuverlässigen Datentransportmechanismus zwischen Maschinen bereitstellen. Ethernet hat sich zum De-facto-Standard von Unternehmenssystemen entwickelt, so dass es nicht überrascht, dass es auch zum De-facto-Standard für die Fabrikvernetzung geworden ist. Ethernet ist keine neue Technologie. Sie ist so ausgereift, dass die Kosten für die Implementierung dieser Netzwerklösung so weit gesunken sind, dass sie den Kosten der heutigen Feldbusse entsprechen.
Die Verwendung von Ethernet TCP/IP in der Fabrik ermöglicht eine echte Integration mit dem Unternehmensintranet und den MES-Systemen, die die Fabrik unterstützen. Um Modbus in das 21. Jahrhundert zu bringen, wurde 1999 eine offene Modbus TCP/IP-Spezifikation entwickelt. Die Protokollspezifikation und der Implementierungsleitfaden stehen zum Download zur Verfügung (www.modbus.org/specs).
Durch die Kombination eines vielseitigen, skalierbaren und allgegenwärtigen physikalischen Netzwerks (Ethernet) mit einem universellen Netzwerkstandard (TCP/IP) und einer herstellerneutralen Datendarstellung bietet Modbus ein wirklich offenes, zugängliches Netzwerk für den Austausch von Prozessdaten. Es ist für jedes Gerät, das TCP/IP-Sockets unterstützt, einfach zu implementieren.
Wo wird Modbus TCP/IP eingesetzt?
Modbus TCP/IP ist aufgrund seiner Offenheit, Einfachheit, kostengünstigen Entwicklung und minimalen Hardware, die zur Unterstützung benötigt wird, allgegenwärtig geworden. Es gibt mehrere hundert Modbus-TCP/IP-Geräte auf dem Markt – jedes Jahr werden mehr entwickelt. Es wird verwendet, um Informationen zwischen Geräten auszutauschen, sie zu überwachen und zu programmieren. Es wird auch verwendet, um verteilte E/As zu verwalten, da es das bevorzugte Protokoll der Hersteller dieser Art von Geräten ist.
Warum sollte ich Modbus TCP/IP verwenden?
Wenn es darum geht, ein Netzwerk für Ihr Gerät zu wählen, bietet Modbus TCP/IP mehrere bedeutende Vorteile:
- Einfachheit: Modbus TCP/IP nimmt einfach den Modbus-Befehlssatz und wickelt TCP/IP darum herum. Wenn Sie bereits einen Modbus-Treiber haben und sich mit Ethernet und TCP/IP-Sockets auskennen, können Sie in wenigen Stunden einen Treiber erstellen und mit einem PC kommunizieren. Die Entwicklungskosten sind außergewöhnlich niedrig. Es wird nur minimale Hardware benötigt, und die Entwicklung ist unter jedem Betriebssystem einfach.
- Standard-Ethernet: Es sind keine exotischen Chipsätze erforderlich und Sie können Standard-PC-Ethernet-Karten verwenden, um mit Ihrem neu implementierten Gerät zu sprechen. Da die Kosten für Ethernet sinken, profitieren Sie von der Preissenkung der Hardware, und da sich die Leistung von 10 auf 100 Mb und bald auf 1 Gb verbessert, zieht Ihre Technologie mit und schützt Ihre Investition. Sie sind nicht mehr an einen Anbieter gebunden, sondern profitieren von den Tausenden von Entwicklern, die Ethernet und das Internet zu den Netzwerkwerkzeugen der Zukunft machen. Diese Bemühungen wurden durch die Belegung des bekannten Ethernet-Ports 502 für das Modbus-TCP/IP-Protokoll sinnvoll ergänzt.
- Offen: Das Modbus-Protokoll wurde im April 2004 von Schneider Electric an die Modbus-Organisation übertragen, was ein Bekenntnis zur Offenheit signalisiert. Die Spezifikation steht kostenlos zum Download zur Verfügung, und es sind keine weiteren Lizenzgebühren für die Verwendung von Modbus oder Modbus TCP/IP-Protokollen erforderlich. Zusätzlicher Beispielcode, Implementierungsbeispiele und Diagnosen sind im Modbus-TCP-Toolkit verfügbar, das für Mitglieder der Modbus-Organisation kostenlos ist und von Nicht-Mitgliedern erworben werden kann
- Verfügbarkeit von vielen Geräten: Die Interoperabilität zwischen den Geräten verschiedener Hersteller und die Kompatibilität mit einer großen installierten Basis von Modbus-kompatiblen Geräten macht Modbus zu einer ausgezeichneten Wahl.
Wie implementiere ich ein Modbus TCP/IP-Gerät?
Um ein Modbus ® TCP/IP-Gerät zu implementieren, laden Sie die Modbus TCP/IP-Protokollspezifikation und die Modbus TCP/IP-Implementierungsanleitung von der Website herunter. Sie müssen auch die Grundlagen der Implementierung eines TCP-Treibers verstehen. Um Ihren Treiber zu testen, benötigen Sie mindestens zwei Geräte: einen Server und einen Client, die Informationen austauschen. Das können zwei PCs sein, die über Standard-Ethernet-Karten miteinander kommunizieren, oder ein PC, der mit einem Sensor oder Gerät mit eingebettetem Mikrocomputer kommuniziert.
Kann ich Modbus TCP/IP über das Internet verwenden?
Modbus TCP/IP ist ein Internet-Protokoll. Die Tatsache, dass TCP/IP das Transportprotokoll des Internets ist, bedeutet automatisch, dass Modbus TCP/IP über das Internet verwendet werden kann. Es wurde genau dafür entwickelt. In der Praxis bedeutet dies, dass ein in Europa installiertes Modbus TCP/IP-Gerät von überall auf der Welt über das Internet angesprochen werden kann. Die Implikationen für einen Gerätehersteller oder einen Endanwender sind endlos. Die Durchführung von Wartungs- und Reparaturarbeiten an entfernten Geräten mit einem PC und einem Browser reduziert die Supportkosten und verbessert den Kundenservice. Das Einloggen in das Steuerungssystem einer Anlage von zu Hause aus ermöglicht es dem Wartungstechniker, die Betriebszeit seiner Anlage zu maximieren und die Zeit im Feld zu reduzieren. Die Verwaltung geografisch verteilter Systeme wird durch den Einsatz kommerziell verfügbarer Internet/Intranet-Technologien einfach.
Können vorhandene Modbus-Geräte über Modbus TCP/IP kommunizieren?
Da Modbus TCP/IP einfach ein Modbus-Protokoll mit einem TCP-Wrapper ist, ist es für vorhandene Modbus-Geräte sehr einfach, über Modbus TCP/IP zu kommunizieren. Es wird ein Gateway-Gerät benötigt, um von der aktuellen physikalischen Schicht (RS232, RS485 oder andere) auf Ethernet umzustellen und das Modbus-Protokoll in Modbus TCP/IP zu konvertieren. Ein solches Gateway-Gerät könnte mit einem PC implementiert werden. Kommerzielle Produkte dazu gibt es von verschiedenen Herstellern. Die Modbus-Gerätedatenbank kann Ihnen helfen, Gateways und andere Modbus-Geräte zu identifizieren.
Welche Leistung kann ich von einem Modbus TCP/IP-System erwarten?
Die Leistung hängt vom Netzwerk und der Hardware ab. Wenn Sie Modbus TCP/IP über das Internet betreiben, werden Sie keine besseren als die typischen Internet-Antwortzeiten erhalten. Für die Kommunikation zu Debug- und Wartungszwecken kann dies jedoch vollkommen ausreichend sein und erspart Ihnen, am Sonntagmorgen ins Flugzeug zu steigen oder auf die Baustelle zu fahren!
Für ein hochleistungsfähiges Intranet mit Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Switches, die die Performance garantieren, sieht die Situation ganz anders aus. Theoretisch überträgt Modbus TCP/IP Daten mit einer Effizienz von bis zu 250/(250+70+70) oder etwa 60 Prozent, wenn die Register in Massen übertragen werden. Da 10BaseT-Ethernet etwa 1,25 Mbit/s roh überträgt, beträgt der theoretische Durchsatz 1,25M/2 * 60 % = 360000 Register pro Sekunde und die 100BaseT-Geschwindigkeit ist 10-mal höher.
Dies setzt voraus, dass Sie Geräte verwenden, die Ethernet so schnell bedienen können wie die verfügbare Bandbreite. Praktische Tests, die von Schneider Electric mit einer MOMENTUM™-Ethernet-SPS mit Ethernet-E/A durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass bis zu 4000 E/A-Basen pro Sekunde gescannt werden können, wobei jede E/A-Basis bis zu 16 analoge 12-Bit-E/A oder 32 diskrete E/A hat. Vier Basen konnten in einer Millisekunde aktualisiert werden. Dies liegt zwar unter dem oben berechneten theoretischen Limit, aber man muss bedenken, dass das getestete Gerät nur mit einer 80186-CPU mit 50 MHz und einer effektiven Rechenleistung von 3 MIPS lief (im Vergleich zu den 700 MIPS eines 500-MHz-Pentiums). Dennoch sind diese Ergebnisse schneller als die bisher verwendeten proprietären I/O-Scan-Methoden. Da Low-End-CPUs immer billiger werden, werden Geräte vom Typ Momentum dem theoretischen Limit hinterherjagen, obwohl sie es nie erreichen werden, weil das Limit mit 1-Gigabit-Ethernet, 10-Gigabit-Ethernet usw. immer weiter weggeschoben wird. Im Gegensatz dazu sind andere Feldbusse von Natur aus auf eine Geschwindigkeit festgelegt.
Wie erhalte ich Support für Modbus und Modbus TCP/IP?
Wenn Sie ein Produkt erworben haben, das irgendeine Art von Modbus-Protokoll unterstützt, sollten Sie den Hersteller dieses Produkts für Support kontaktieren. Wenn Sie eine allgemeine Frage zum Modbus-Protokoll haben, nutzen Sie die Modbus-Diskussionsforen, um eine Antwort zu erhalten. Die Modbus-Organisation bietet noch keinen technischen Support an.