Modbusプロトコルはオープン標準の通信プロトコルで、当初はプログラマブル·ロジック·コントローラPLCやその他のオートメーション機器を接続するために設計されていました。そのシンプルさと信頼性により、Modbusは産業界で最も人気のある通信プロトコルの1つであり、監視、制御、データ収集に広く使用されています。
Modbusとは
Modbusは、業界で一般的に使用されている通信プロトコルであり、通信プロトコルとして理解することができます。
ModbusプロトコルにはRTU、ASCI I、TCPがあり、Modbus-RTUが最も一般的であり、比較的単純で、シングルチップ上で実装が容易である。Modbus RTUプロトコルは、下層の通信層とは無関係な単純なプロトコルデータユニットPDUを定義しており、シリアルリンク上のModbus RTUフレームフォーマットは次の図に示されている。
その中で、アドレスフィールドにはスレーブアドレスのみが含まれます。機能コードは命令が実行する操作を示します。機能コードの後続データはリクエストまたはレスポンスデータフィールドです。エラーチェックフィールドは、CRC16巡回冗長チェックアルゴリズムを使用して計算された“巡回冗長チェック”のための“メッセージ内容”データです。
ModbusとOPC UA、MQTTなどの通信プロトコルは本質的に同じであり、複数のデバイスが互いに通信するためのアプリケーション層プロトコルです。
Modbusの起源と発展
Modbusプロトコルは1979 年にModicon Corporation（現在はSchneider Corporationに買収）によって設計·開発され、そのシンプルでオープンな通信の形態により産業システムの標準となり、世界初の真の産業現場バスプロトコルとなりました。
その後、Modbusベースのイーサネットベース（TCP/IP）アプリケーションの普及と促進を促進するために、シュナイダーはModbusプロトコルのすべての権をIDA（Interface for Distributed Automation）組織に移管し、Modbus規格の推進とModbus製品の認証を担当する国際組織Modbu-IDAを設立しました。
Modbusのウェブサイトから入手できます。 www.modbus.org 関連するプロトコル文書、Modbus製品、ベンダーに関する情報をご覧ください。
Modbus 通信プロトコルの特長
Modbusプロトコルは、通信するネットワークに関係なく、コントローラが認識できるメッセージ構造を定義します。したがって、基盤となる通信方法は、RS 232、RS 485などのシリアルリンク、またはTCP/IPイーサネットリンクを使用することができます。Modbusネットワーク上で通信する場合、コントローラはアドレス別に送信されたメッセージを認識し、それに応じて動作するために、ネットワーク内の他のスレーブデバイスのアドレスを知る必要があります。
簡単に言えば、Modbus 通信プロトコルには以下の特徴がある。
- Modbusプロトコル標準はオープンで公開されており、ロイヤリティ要件がなく、ユーザーはModbusプロトコルを無料で使用でき、ライセンス料なしで使用できます。
- Modbusは当初、通信モードとしてRS 232、RS 485などのシリアルリンクを使用しており、シリアルバスのインタフェースチップコストは低く、配線も簡単で便利です。
- Modbusプロトコルは、RS 232、RS 485、TCP/IPなどのさまざまな電気インタフェースをサポートしており、ツイストペア、光ファイバー、赤外線、ワイヤレスなどのさまざまなメディアで伝送することができます。
- Modbusは、シンプルなアプリケーション層プロトコルであり、そのプロトコルメッセージフレームフォーマットはシンプルでコンパクトでわかりやすく、ユーザーが理解しやすく、使用しやすく、メーカーの開発と統合が容易で、産業用制御ネットワークの形成が容易です。
Modbusを学ぶ理由
Modbusは非常に成熟した段階に達しましたが、プロトコルのシンプルさと複数の通信媒体での実装が容易なため、Modbusは依然として産業用電子機器間の接続の一般的な方法の1つです。Modbus 通信プロトコルは、ある程度、産業分野における通信プロトコルの業界標準です。モノのインターネットが盛んな時代には、広く使用されているModbus 通信プロトコルを理解し習得することが重要です。
下図はModbus RTUネットワークのデバイス接続を示しています。
専門用語集
Modbus開発における一般的な専門用語は以下の通りである。
- Master：マスター（ステーション）機器
- Slave ：デバイスから（ステーション）
- Client ：クライアント、マスターデバイスに対応
- Server ：サーバー側、Slaveデバイスに対応
- ADU ：アプリケーションデータユニット
- PDUプロトコルデータユニットProtocol Data Unit
- MSB ：最上位ビットMost Significant Bit
- LSB ：最下位ビット（Least Significant Bit）
- MBAP ：Modbus Application Protocol（Modbus Application Protocol）
- PLC ：プログラマブル·ロジック·コントローラ（Programmable Logic Controller）
- RTU ：リモートターミナルユニット
- SCADA ：監視制御とデータ取得（Supervisory Control And Data Acquisition）
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