Modbus — протокол для объединения промышленных устройств

В мире промышленной автоматизации эффективный обмен данными между устройствами — основа бесперебойной работы систем управления. Одной из ключевых технологий, обеспечивающих эту коммуникацию, стал протокол Modbus. Несмотря на то, что протокол разработан довольно давно, он остается одним из самых распространенных решений благодаря своей простоте и универсальности.

Что такое Modbus?

Modbus — это открытый протокол прикладного уровня, разработанный компанией Modicon в 1979 году для связи программируемых логических контроллеров (ПЛК). Со временем он вышел за рамки первоначального назначения и превратился в отраслевой стандарт, поддерживаемый тысячами производителей оборудования. Его открытость и бесплатное использование сделали Modbus универсальным «языком» для широкого спектра устройств.

Как работает Modbus?

Протокол Modbus функционирует по схеме “Master–Slave” (в русском переводе — «Ведущий–Ведомый»). В случае Modbus TCP чаще используется терминология “Клиент–Сервер”, которая передаёт тот же смысл.

Master (ведущее устройство или клиент) — устройство, инициирующее обмен данными по протоколу Modbus путём отправки запроса.

• В изначальной архитектуре предполагалось наличие только одного Master-устройства, однако в современных системах их может быть несколько.
• В роли Master могут выступать:
• программируемые логические контроллеры (ПЛК),
• SCADA-системы,
• персональные компьютеры.

Slave (ведомое устройство или сервер) — устройство, ожидающее входящего запроса от Master-устройства.

• Каждый запрос адресуется конкретному устройству:
• по уникальному идентификатору (Slave ID) в Modbus RTU,
• или по IP-адресу в Modbus TCP.
• Благодаря этому при ответе не возникает коллизий.
• В роли Slave могут выступать:
• датчики,
• модули ввода-вывода,
• приводы.

Поддерживаются три режима передачи:

1. Modbus RTU — компактный двоичный формат, использует последовательные интерфейсы RS-485 или RS-232, реже RS-422.
2. Modbus TCP/IP — адаптация протокола для Ethernet, где данные передаются через TCP-порты.
3. Modbus ASCII — текстовый формат, менее распространенный из-за меньшей эффективности.

Регистры Modbus

Регистр Modbus – это ячейка памяти в устройстве, предназначенная для хранения числовых данных. 

Modbus оперирует четырьмя типами регистров:

Дискретные входы (Discrete Input Contacts)
Это однобитные регистры (имеющие значение 0 или 1), которые можно только считывать. Они отображают состояние внешних сигналов, например, нажата ли кнопка или сработал ли датчик.

Дискретные выходы (Discrete Output Coils)
Также представляют собой однобитные данные, но, в отличие от дискретных входов, их можно и читать, и записывать. “Катушки” часто используются для управления реле или индикаторами.

Аналоговые входы (Analog Input Registers)
Это 16-битные значения, доступные только для чтения. Они обычно передают аналоговые показания, например, температуру или давление, полученные с датчиков.

Аналоговые выходы (Analog Output Holding Registers)
Эти 16-битные регистры можно как читать, так и записывать. Они используются для хранения настроек или параметров устройств, например, уставок или других управляющих значений.

Как происходит обмен данными:

Мастер (клиент) отправляет запрос, который содержит адрес целевого устройства, код функции и данные. Например:

• Код функции 03 означает, что запрашиваются значения из группы регистров хранения (чтение данных).
• Код функции 06 используется для записи нового значения в один регистр хранения.

В ответ ведомое устройство либо отправляет запрошенные данные, либо подтверждает успешное выполнение операции. Если возникает ошибка, в ответ включается специальный код исключения, который помогает определить, что пошло не так.

Основные преимущества

• Простота интеграции: Легко внедрить даже в устаревшие системы.
• Совместимость: Оборудование разных производителей работает в одной сети.
• Надежность: Минимальные требования к вычислительным ресурсам.

Где применяется Modbus?

Протокол востребован в:

• Системах промышленной автоматизации (управление станками, мониторинг датчиков).
• Энергетике (сбор данных с счетчиков).
• Умных зданиях (контроль освещения, климата).
• IoT-решениях, где требуется связь между устройствами и облачными платформами.

Безопасность передачи данных

Базовая реализация протокола Modbus не включает встроенных средств защиты, таких как шифрование или аутентификация. Это означает, что данные передаются в открытом виде, что делает систему уязвимой для перехвата или несанкционированного доступа. В современных системах, где требуется повышенная безопасность, часто применяют дополнительные меры – например, использование VPN, межсетевых экранов или специальных защищённых версий протокола (например, Modbus TCP Security). Таким образом, сам по себе Modbus не является безопасным протоколом передачи данных.

Итог 

За время использования Modbus в промышленной автоматизации протокол доказал свою жизнеспособность. Несмотря на конкуренцию со стороны современных протоколов, он сохраняет позиции благодаря простоте и проверенной надежности. Для проектов, где безопасность не критична, а приоритет — быстрая интеграция, Modbus остается оптимальным выбором. В будущем его роль может измениться, но сегодня это незаменимый инструмент в арсенале инженеров.

Линейка оборудования с поддержкой Modbus

Для построения надежных сетей на основе протокола Modbus вы можете использовать следующие устройства из нашего каталога: 

Модули ввода-вывода ICP DAS:

ICP DAS RS-485

ICP DAS Ethernet

Модули ввода-вывода MOXA:

MOXA RS-485

MOXA Ethernet

Концентратор данных Modbus:

Концентратор данных ICP DAS

Преобразователи протоколов ICP DAS: https://icpdas.ru/catalog/converters_gateways/protocol_onverters?page=5&categories=246