Modbus RTU vs. Modbus TCP/IP

Das Wesen von Modbus RTU und Modbus TCP/IP ist das Modbus-Protokoll, und sie alle tauschen Daten über Modbus-Registeradressen aus. Aber was ist der Unterschied zwischen ihnen? Heute werden wir sie unter den folgenden Aspekten diskutieren.

1. Konzepte

Modbus ist ein Standardprotokoll für den Austausch von industriellen Steuerungsdaten, das für die gegenseitige Übertragung von Protokolldaten in RTU, ASCII und TCP/IP verwendet werden kann. RTU (Remote Terminal Unit) überträgt Daten direkt in binärer Form über serielle Kommunikation, z. B. RS-485, und bietet hohe Effizienz und geringen Overhead. Der ASCII-Modus konvertiert jedes Datenbyte in zwei ASCII-Zeichen, was die Lesbarkeit für den Menschen erleichtert, jedoch auf Kosten einer geringeren Effizienz geht. Andererseits bettet Modbus TCP die Daten des Modbus-Protokolls in TCP-Pakete zur Übertragung über TCP/IP-Netzwerke ein.

2. Kommunikationsmodi

Ethernet und der entsprechende Kommunikationsmodus ist Modbus TCP. Die asynchrone serielle Übertragung, die über verschiedene Medien wie RS-232, RS-422, RS-485, Glasfaser und Funk erfolgen kann, entspricht Modbus RTU oder Modbus ASCII. Das Hochgeschwindigkeits-Token-Passing-Netzwerk, das in den proprietären Systemen von Modicon verwendet wird, entspricht Modbus PLUS.

3. Protokollkapselung

Im Vergleich zum Modbus RTU-Protokoll fügt das Modbus TCP-Protokoll dem RTU-Protokoll einen MBAP (Modbus Application Protocol) Header hinzu. Da TCP auf einem zuverlässigen Verbindungsdienst basiert, wird der in RTU zur Fehlererkennung verwendete CRC-Prüfcode in Modbus TCP nicht mehr benötigt. Daher enthält Modbus TCP keinen CRC-Prüfcode.

Ein gängiger Weg, diesen Unterschied zu beschreiben, ist die Aussage, dass Modbus TCP im Wesentlichen das Modbus RTU-Protokoll mit einem zusätzlichen MBAP-Header an der Vorderseite und der Entfernung der beiden CRC-Checkcode-Bytes am Ende ist.

4. Rollen in der Kommunikation

Das Modbus RTU-Protokoll ermöglicht die Kommunikation zwischen Steuerungen sowie zwischen Steuerungen und anderen Geräten über serielle Kommunikationskanäle wie RS-232 und RS-485. Es wird häufig in industriellen Umgebungen eingesetzt, wo eine zuverlässige und effiziente Kommunikation über kurze bis mittlere Entfernungen erforderlich ist.

Das Modbus TCP-Protokoll hingegen wird für die Kommunikation über Ethernet-Netzwerke verwendet. Es kapselt die Daten des Modbus-Protokolls in TCP/IP-Pakete ein, so dass Geräte über lokale Netzwerke (LAN) oder Weitverkehrsnetze (WAN) kommunizieren können. Modbus TCP arbeitet auf der Anwendungsschicht und nutzt die zuverlässigen Übertragungsmöglichkeiten des TCP/IP-Stacks.

5. Übertragung

Die Anwendung des Modbus RTU-Protokolls ist aufgrund der kürzeren Übertragungsdistanz und der geringeren Geschwindigkeit begrenzt. Typischerweise wird Modbus RTU in Umgebungen eingesetzt, in denen die Kommunikationsentfernung einige hundert Meter nicht überschreitet und die Geschwindigkeitsanforderungen bescheiden sind, mit typischen Baudraten von 9600 bis 115200 bps. Trotz dieser Einschränkungen bleibt Modbus RTU aufgrund seiner Einfachheit, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz in industriellen Steuerungssystemen beliebt.

Im Gegensatz dazu ist das Modbus TCP-Protokoll wegen seiner Fähigkeit, große Übertragungsdistanzen und hohe Übertragungsgeschwindigkeiten zu erreichen, weit verbreitet. Durch die Nutzung von Ethernet- und TCP/IP-Protokollen kann Modbus TCP Daten über sehr viel größere Entfernungen, die bei Verwendung von Routern und Switches praktisch unbegrenzt sind, und mit sehr viel höheren Geschwindigkeiten, die oft Hunderte von Megabit pro Sekunde (Mbps) erreichen, übertragen. Aufgrund dieser Vorteile eignet sich Modbus TCP für Anwendungen, die eine hohe Bandbreite und umfangreiche Kommunikationsnetze erfordern.

6. Anwendungen

Das Modbus RTU-Protokoll wird hauptsächlich in der elektrischen Automatisierung und Prozesssteuerung verwendet, wobei im Allgemeinen RS-232- oder RS-485-Kommunikationsschnittstellen eingesetzt werden. Diese Schnittstellen sind in industriellen Umgebungen weit verbreitet und ermöglichen eine zuverlässige Kommunikation über kurze Entfernungen.

Das Modbus TCP-Protokoll wird hauptsächlich im Internet oder in Intranets verwendet. Es nutzt Ethernet- und TCP/IP-Netzwerke, um die Kommunikation zwischen Geräten über lokale Netzwerke (LAN) oder Weitverkehrsnetze (WAN) zu erleichtern, und eignet sich daher für Anwendungen, die eine hohe Bandbreite und Kommunikation über große Entfernungen erfordern.