Modbus-Konnektor

Übersicht

Der Modbus-Konnektor ermöglicht die Kommunikation mit SPSen und industriellen Geräten über das Modbus-Protokoll und unterstützt sowohl serielle (RTU) als auch TCP/IP-Verbindungen.

Konnektor-Typen:

• ModbusReader - Daten von Modbus-Geräten lesen
• ModbusWriter - Daten auf Modbus-Geräte schreiben

Funktionen

• ✅ Mehrere Transportprotokolle (TCP, RTU, UDP, TLS)
• ✅ Alle Registertypen (Holding, Input, Coil, Discrete Input)
• ✅ Mehrere Datentypen (Int16/32/64, UInt16/32/64, Float32/64, ASCII)
• ✅ Konfigurierbare Byte- und Word-Reihenfolge
• ✅ Unit ID-Unterstützung für Multi-Geräte-Netzwerke

Transportprotokolle

Meddle unterstützt folgende Modbus-Transporte:

• TCP - Modbus TCP über Ethernet
• TCPWithTLS - Modbus TCP mit TLS-Verschlüsselung
• UDP - Modbus über UDP
• RTU - Modbus RTU über seriell
• RTUOverTCP - Modbus RTU gekapselt in TCP
• RTUOverUDP - Modbus RTU gekapselt in UDP

Basiskonfiguration

Modbus TCP Reader

{
  "type": "ModbusReader",
  "config": {
    "endpoint": "192.168.1.100:502",
    "transport": "TCP",
    "pollingRate": 1000,
    "defaultUnitId": 1,
    "defaultBitOrder": "BigEndian",
    "defaultWordOrder": "HighFirst"
  },
  "variables": [
    {
      "key": "temperature",
      "address": 0,
      "registerType": "HoldingRegister",
      "dataType": "Float64"
    },
    {
      "key": "pressure",
      "address": 4,
      "registerType": "HoldingRegister",
      "dataType": "Int32"
    }
  ]
}

Modbus RTU Reader

{
  "type": "ModbusReader",
  "config": {
    "endpoint": "/dev/ttyUSB0",
    "transport": "RTU",
    "pollingRate": 1000,
    "defaultUnitId": 1,
    "baudRate": 9600,
    "dataBits": 8,
    "parity": "None",
    "stopBits": 1
  },
  "variables": [
    {
      "key": "sensor_value",
      "address": 0,
      "registerType": "InputRegister",
      "dataType": "UInt16"
    }
  ]
}

Modbus Writer

{
  "type": "ModbusWriter",
  "config": {
    "endpoint": "192.168.1.100:502",
    "transport": "TCP",
    "defaultUnitId": 1
  },
  "variables": [
    {
      "key": "setpoint",
      "address": 100,
      "registerType": "HoldingRegister",
      "dataType": "Float32"
    },
    {
      "key": "enable",
      "address": 0,
      "registerType": "Coil"
    }
  ]
}

Registertypen

Holding Registers (Lesen/Schreiben)

Allzweckregister, die gelesen und geschrieben werden können.

{
  "key": "temperature",
  "address": 0,
  "registerType": "HoldingRegister",
  "dataType": "Float64"
}

Funktionscodes: Read (03), Write Single (06), Write Multiple (16)

Input Registers (Nur Lesen)

Nur-Lese-Register, typischerweise für Sensordaten verwendet.

{
  "key": "sensor_reading",
  "address": 0,
  "registerType": "InputRegister",
  "dataType": "Int16"
}

Funktionscode: Read (04)

Coils (Lesen/Schreiben Boolean)

Einzelbit-Register für digitale Ausgänge.

{
  "key": "motor_enable",
  "address": 0,
  "registerType": "Coil"
}

Funktionscodes: Read (01), Write Single (05), Write Multiple (15)

Discrete Inputs (Nur Lesen Boolean)

Nur-Lese-Einzelbit-Register für digitale Eingänge.

{
  "key": "limit_switch",
  "address": 0,
  "registerType": "DiscreteInput"
}

Funktionscode: Read (02)

Datentypen

Integer-Typen

16-bit

// 16-bit signed integer (-32768 bis 32767)
{"dataType": "Int16"}  // 1 Register

// 16-bit unsigned integer (0 bis 65535)
{"dataType": "UInt16"}  // 1 Register

32-bit

// 32-bit signed integer
{"dataType": "Int32"}  // 2 Register

// 32-bit unsigned integer
{"dataType": "UInt32"}  // 2 Register

64-bit

// 64-bit signed integer
{"dataType": "Int64"}  // 4 Register

// 64-bit unsigned integer
{"dataType": "UInt64"}  // 4 Register

Floating-Point-Typen

// 32-bit float (4 Byte)
{"dataType": "Float32"}  // 2 Register

// 64-bit float (8 Byte)
{"dataType": "Float64"}  // 4 Register

String-Typen

// ASCII-Zeichen (1 Byte pro Register)
{"dataType": "AsciiChar"}  // 1 Register

Byte- und Word-Reihenfolge

Modbus-Geräte können unterschiedliche Byte- und Word-Reihenfolgen verwenden. Konfigurieren Sie diese entsprechend Ihrem Gerät:

Bit-Reihenfolge (Byte-Reihenfolge)

{
  "defaultBitOrder": "BigEndian"  // oder "LittleEndian"
}

• BigEndian: Most Significant Byte zuerst (Standard, am häufigsten)
• LittleEndian: Least Significant Byte zuerst

Word-Reihenfolge

Für Multi-Register-Werte (32-bit, 64-bit):

{
  "defaultWordOrder": "HighFirst"  // oder "LowFirst"
}

• HighFirst: High Word zuerst (Standard)
• LowFirst: Low Word zuerst

Pro-Variable-Override

{
  "key": "special_value",
  "address": 10,
  "registerType": "HoldingRegister",
  "dataType": "Float32",
  "bitOrder": "LittleEndian",
  "wordOrder": "LowFirst"
}

RTU-Serielle Konfiguration

Für Modbus RTU über serielle Verbindungen:

{
  "endpoint": "/dev/ttyUSB0",
  "transport": "RTU",
  "baudRate": 9600,
  "dataBits": 8,
  "parity": "None",
  "stopBits": 1,
  "timeout": 1000
}

Parameter:

• baudRate: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200
• dataBits: 7 oder 8
• parity: None, Even, Odd
• stopBits: 1 oder 2
• timeout: Lese-Timeout in Millisekunden

Unit ID (Slave-Adresse)

Modbus unterstützt mehrere Geräte im selben Netzwerk über Unit IDs:

{
  "defaultUnitId": 1  // Standard für alle Variablen
}

Pro-Variable-Override:

{
  "key": "device2_temp",
  "address": 0,
  "registerType": "HoldingRegister",
  "dataType": "Float32",
  "unitId": 2  // Override für diese Variable
}

Häufige Anwendungsfälle

1. Energiezähler-Lesung

{
  "type": "ModbusReader",
  "config": {
    "endpoint": "192.168.1.50:502",
    "transport": "TCP",
    "pollingRate": 5000,
    "defaultUnitId": 1
  },
  "variables": [
    {
      "key": "voltage",
      "address": 0,
      "registerType": "InputRegister",
      "dataType": "Float32"
    },
    {
      "key": "current",
      "address": 2,
      "registerType": "InputRegister",
      "dataType": "Float32"
    },
    {
      "key": "power",
      "address": 4,
      "registerType": "InputRegister",
      "dataType": "Float32"
    },
    {
      "key": "energy",
      "address": 6,
      "registerType": "InputRegister",
      "dataType": "Float64"
    }
  ]
}

2. SPS-Steuerung

{
  "type": "ModbusWriter",
  "config": {
    "endpoint": "192.168.1.100:502",
    "transport": "TCP",
    "defaultUnitId": 1
  },
  "variables": [
    {
      "key": "motor_speed",
      "address": 100,
      "registerType": "HoldingRegister",
      "dataType": "UInt16"
    },
    {
      "key": "motor_start",
      "address": 0,
      "registerType": "Coil"
    },
    {
      "key": "motor_stop",
      "address": 1,
      "registerType": "Coil"
    }
  ]
}

3. Multi-Geräte-Netzwerk

{
  "type": "ModbusReader",
  "config": {
    "endpoint": "/dev/ttyUSB0",
    "transport": "RTU",
    "pollingRate": 1000,
    "baudRate": 9600
  },
  "variables": [
    {
      "key": "device1_temp",
      "address": 0,
      "registerType": "HoldingRegister",
      "dataType": "Float32",
      "unitId": 1
    },
    {
      "key": "device2_temp",
      "address": 0,
      "registerType": "HoldingRegister",
      "dataType": "Float32",
      "unitId": 2
    },
    {
      "key": "device3_temp",
      "address": 0,
      "registerType": "HoldingRegister",
      "dataType": "Float32",
      "unitId": 3
    }
  ]
}

Fehlerbehebung

Verbindungs-Timeout

Lösungen:

• Endpunkt-Adresse und Port überprüfen
• Netzwerkkonnektivität prüfen
• Timeout-Wert erhöhen
• Sicherstellen, dass Gerät eingeschaltet ist und antwortet

Ungültige Daten

Lösungen:

• Byte-Reihenfolge prüfen (BigEndian vs LittleEndian)
• Word-Reihenfolge überprüfen (HighFirst vs LowFirst)
• Datentyp mit Gerätespezifikation abgleichen
• Registeradresse überprüfen

RTU-Kommunikationsfehler

Lösungen:

• Serielle Kabelverbindungen prüfen
• Baudrate mit Gerät abgleichen
• Paritäts- und Stoppbit-Einstellungen bestätigen
• Geeignete Abschlusswiderstände prüfen
• Polling-Frequenz reduzieren, um Bus-Kollisionen zu vermeiden

Exception-Codes

Häufige Modbus-Exception-Codes:

• 01: Illegale Funktion
• 02: Illegale Datenadresse
• 03: Illegaler Datenwert
• 04: Slave-Gerätefehler

Best Practices

1. Mit Nur-Lesen beginnen: Mit Input Registern testen, bevor geschrieben wird
2. Geeignetes Polling verwenden: Nicht schneller abfragen, als das Gerät antworten kann
3. Aufeinanderfolgende Register gruppieren: Effizienter als verstreute Lesungen
4. Byte-Reihenfolge dokumentieren: Notizen zu gerätespezifischen Konfigurationen führen
5. Unit IDs testen: Sicherstellen, dass jedes Gerät auf seine Unit ID antwortet

Verwandte Konnektoren

• OPC UA - Alternatives industrielles Protokoll
• Siemens S7 - Direkte Siemens-SPS-Kommunikation
• Filter - Modbus-Daten filtern
• SQL Writer - Modbus-Daten in Datenbank speichern