Modbusプロトコルの包括的な分析

modbus プロトコルは、産業オートメーションの分野で最も人気のある通信プロトコルの 1 つになりました。 PLC、DCS、スマート機器などを含む多くの産業用デバイスは、それらの間の通信標準として Modbus プロトコルを使用しています。 2007 年の時点で、Modbus ノードのインストール数は 1,000 万を超えており、このプロトコルが広く使用され、認知されていることがわかります。

Modbusはシリアル通信をベースとした通信プロトコルで、異なる機器間のデータ交換や制御を実現するための産業現場に共通の通信規格を提供することを目的としています。 このプロトコルは元々 Modicon によって開発され、現在は Schneider Electric が所有しています。 Modbus プロトコルはアプリケーション層プロトコルであり、共通のメッセージ形式を定義し、異なるデバイス間のデータ交換と制御を可能にします。 このプロトコルは、RS-232、RS-422、RS-485、イーサネットなどのさまざまな物理層をサポートしているため、さまざまなデバイスやネットワークに適用できます。

Modbus は、機能コードで指定されたサービスを提供するマスター/スレーブ通信プロトコルです。 インターネット組織は、TCP/IP スタック上の予約されたシステム ポート 502 を使用して Modbus にアクセスします。 Modbus Plus は、Modbus の動作プロセスである高速トークン パッシング ネットワークです。

1. Modbus 通信は、マスターがスレーブにクエリ要求を送信することで開始されます。

2. スレーブステーションはリクエストを受信し、リクエストの内容を解析します。

3. スレーブ局はリクエストの内容に応じて対応する動作（レジスタの読み出し、レジスタの書き込みなど）を行い、レスポンスデータをマスタ局に送り返します。

4. 親局は応答データを受信し、応答内容を解析します。

5. マスターは応答データを処理し、必要に応じてさらにクエリ要求を送信します。

6. このプロセスは、通信が完了するかエラーが発生するまで継続します。

Modbus 通信では、マスターはコントローラーやコンピューターなどのデバイスであり、スレーブはセンサー、アクチュエーター、またはその他のデバイスです。 マスター ステーションは通信を開始する責任を負い、スレーブ ステーションは操作を実行してマスター ステーションの要求に応答する責任を負います。 通信はシリアル回線またはイーサネット経由で行うことができます。 Modbus 通信では、データはレジスタの形式で構成され、アドレスを使用してレジスタを参照します。 Modbus プロトコルは、レジスタの読み取りと書き込み、コイルの読み取りと書き込みなどを含むさまざまな機能コードをサポートします。

アプリケーションシナリオ:

Modbus プロトコルは、自動化された工場、ロボット制御、電力監視と制御、石油とガスの抽出と輸送、水処理と供給、自動化された建物などを含む産業用制御と監視アプリケーションで広く使用されています。 Modbus は、データ送信、データの監視と制御、障害の検出と診断などを含むリアルタイムのデータ取得と処理にも適しています。

Modbus プロトコルのいくつかのアプリケーションを次に示します。

PLC 制御: Modbus プロトコルは、多くの PLC (プログラマブル ロジック コントローラー) 間の通信のための標準プロトコルです。 PLC は産業オートメーションの分野で広く使用されているデバイスで、通常、温度、圧力、流量など、生産プロセスのさまざまなパラメーターを制御および監視するために使用されます。

スマート メーター: Modbus プロトコルは、温度センサー、圧力センサー、流量計など、さまざまな種類のスマート メーター間の通信にも広く使用されています。これらの機器は通常、生産プロセスのさまざまなパラメーターを監視および制御して安定性を確保するために使用されます。 そして生産の品質。

データ収集システム: Modbus プロトコルは、さまざまなデバイスからのデータを 1 つの集中場所に収集して処理および分析するために、さまざまなタイプのデータ収集システム間の通信に使用できます。 これらのデータ収集システムは、タイムリーに問題を検出して解決するために、生産設備のパフォーマンスとステータスを監視するためによく使用されます。

SCADA システム: Modbus プロトコルは、生産プロセスにおけるさまざまなパラメータのリアルタイム監視と制御を実現するために、さまざまなタイプの SCADA (監視、制御、およびデータ取得) システム間の通信にも使用できます。 これらのシステムは、生産効率と品質を向上させるために生産プロセスを自動化するためによく使用されます。

産業オートメーション技術の発展に伴い、Modbus プロトコルのアプリケーションも絶えず開発され、革新されています。 以下に将来の傾向をいくつか示します。

通信速度の向上: 継続的な進歩により、Modbus プロトコルの通信速度も、より効率的でリアルタイムの通信と制御を実現するために増加し続けます。

インターネットとの統合: 産業用インターネットの発展に伴い、Modbus プロトコルはインターネット テクノロジーとより統合され、デバイス間のリモート制御と監視が実現されます。

セキュリティの向上: ネットワーク セキュリティの問題がますます顕著になるにつれ、Modbus プロトコルは産業用制御システムをネットワーク攻撃や悪意のある操作から保護するために、通信と制御のセキュリティにもさらに注意を払うようになります。

適用範囲の拡大: 産業オートメーション分野での Modbus プロトコルの適用が拡大し続けるにつれて、デバイス間の通信と制御を実現するために、スマート ホーム、スマート ビルディングなどの他の分野でも広く使用されるようになります。

つまり、産業オートメーション技術の継続的な開発により、Modbus プロトコルはさまざまな分野やシナリオのニーズを満たすために進化し、革新し続けることになります。