Modbus: Das universelle Industrieprotokoll (RTU und TCP)
Modbus ist das weltweit am weitesten verbreitete Industrieprotokoll. Es wurde 1979 von Modicon entwickelt und kommt in Millionen von SPSen, Wechselrichtern, Frequenzumrichtern, Zählern und Sensoren zum Einsatz. Seine Stärke liegt in seiner Einfachheit: Ein Master fragt Slaves über Register (Relais, Eingänge, Holding-Register) ab, ohne dass eine Sitzungsverhandlung erforderlich ist.
- Modbus RTU — serielle RS-485- oder RS-232-Verbindung, bis zu 247 Slaves pro Bus, kompakte Frames mit CRC.
- Modbus TCP — Kapselung in TCP/IP über Ethernet, Adressierung über IP, keine Begrenzung der Slave-Anzahl pro Segment.
Nahezu alle Industrieanlagen kommunizieren über Modbus. Dies ist der unverzichtbare Ausgangspunkt für jede IoT-Integration.
Ausführliche Informationen:
OPC UA: Der offene Standard für Industrie 4.0
OPC UA (Unified Architecture) ist das Referenzprotokoll für die Interoperabilität in der Industrie 4.0. Im Gegensatz zu Modbus verfügt es über eine objektorientierte Modellierung, native Sicherheitsfunktionen (Authentifizierung, TLS-Verschlüsselung) und einen Mechanismus zur Dienstermittlung.
OPC UA läuft über TCP/IP (Port 4840) oder über WebSockets. Es wird von zahlreichen Standards (Industrie 4.0, RAMI 4.0) vorgeschrieben und von den großen Steuerungsherstellern (Siemens, Beckhoff, B&R…) eingesetzt.
Seine Hauptanwendung im IoT-Bereich: Die Daten einer SPS oder eines SCADA-Servers an ein Gateway weiterzuleiten, das sie anschließend über MQTT in die Cloud überträgt.
Quelle: OPC UA zu MQTT
RS-485: Die industrielle serielle Schnittstelle
RS-485 ist ein elektrischer Standard (kein Protokoll), der einen differentiellen Mehrpunktbus definiert. Die meisten industriellen seriellen Protokolle (Modbus RTU, M-Bus, BACnet MS/TP) basieren auf RS-485 als physikalische Schicht.
Wichtigste Merkmale:
- Reichweite: bis zu 1.200 m bei 100 kbps
- Störfestigkeit gegen elektromagnetische Störungen (geschirmtes Twisted-Pair-Kabel)
- Bis zu 32 Standard-Treiber/Empfänger (256 mit hochohmigen Transceivern)
- Zweidraht-Stromversorgung für M-Bus-Zähler (2-Draht-Variante)
Um einen bestehenden RS-485-Bus ohne Änderung der Verkabelung an die Cloud anzuschließen, wird ein industrielles serielles Ethernet-Gateway oder ein 4G-Gateway direkt in den Bus eingeschleift.
Produkte:
MQTT: Das Cloud-IoT-Protokoll
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist das führende IoT-Protokoll für die Datenübertragung in die Cloud. Sein Publish/Subscribe-Modell über einen zentralen Broker (Mosquitto, HiveMQ, AWS IoT…) entkoppelt die Datenproduzenten von den Datenkonsumenten.
Vorteile für das industrielle IoT:
- Sehr geringer Overhead (Header von mindestens 2 Byte) – ideal für Mobilfunknetze
- Native Verwaltung von Verbindungsabbrüchen und Wiederverbindungen (QoS 0, 1, 2)
- „Last-Will“-Nachricht zur Erkennung von Verbindungsabbrüchen
- TLS für End-to-End-Verschlüsselung
Das IoT-Gateway wandelt Modbus-Datensätze in strukturierte MQTT-Topics (JSON oder binär) um und veröffentlicht sie an den Cloud-Broker.
BACnet und M-Bus: Gebäudeleittechnik und Fernauslesung
BACnet (Building Automation and Control Network) ist der offene Standard für die Gebäudetechnik (GTB). Er definiert semantische Objekte (Temperatur, Helligkeit, Sollwert, Alarm) und funktioniert über BACnet/IP (Ethernet) oder BACnet MS/TP (RS-485). Er wird in HLK-Anlagen, Beleuchtungssystemen, Zugangskontrollsystemen und Brandschutzsystemen eingesetzt.
M-Bus (Meter Bus) ist der europäische Standard (EN 1434, EN 13757) für die Fernauslesung von Zählern: Kaltwasser, Warmwasser, Gas, Wärme, Strom. Bei der kabelgebundenen Version (2-Draht) werden die Zähler über den Konzentrator mit Strom versorgt. Bei der Version Wireless M-Bus (868 MHz) entfällt die Verkabelung.
Ressourcen:
Vergleichstabelle der industriellen Protokolle
| Protokoll | Medium | Typische Übertragungsrate | Hauptanwendungsfall | Leitfaden |
|---|---|---|---|---|
| Modbus RTU | RS-485 / RS-232 | 9.600–115.200 bps | SPS, Sensoren, Zähler | → |
| Modbus TCP | Ethernet TCP/IP | 10–1.000 Mbit/s | SPS im IP-Netzwerk | → |
| OPC UA | Ethernet TCP/IP | 1–1.000 Mbit/s | Industrie 4.0, Fachanwendungssysteme | → |
| RS-485 | Verdrilltes Kabelpaar | 100 kbps–10 Mbps | Feldbus mit mehreren Geräten | → |
| MQTT | TCP/IP (Cloud) | Je nach Netzwerk | IoT-Datenübertragung in die Cloud | → |
| BACnet/IP | Ethernet | 10–100 Mbit/s | GTB, HLK, Gebäude | → |
| BACnet MS/TP | RS-485 | 9.600–76.800 bps | Gebäudeleittechnik (GTB) vor Ort | → |
| M-Bus | Verdrilltes Kabelpaar | 300–9.600 bps | Fernauslesung von Zählern | → |
| Wireless M-Bus | 868-MHz-Funk | Geringe Übertragungsrate | Drahtlose Zählerauslesung | → |
Unsere Lösungen nach Protokoll
Jedes Protokoll verfügt über eine eigene Integrationsseite mit Architekturdiagrammen und detaillierten Anwendungsfällen:
| Lösung | Beschreibung |
|---|---|
| Modbus RTU zur Cloud | Datenübertragung von Modbus RTU / RS-485 zur Cloud-Plattform |
| Modbus TCP in die Cloud | Modbus TCP über Ethernet zur Cloud-Überwachung |
| Modbus RTU in MQTT | Konvertierung von Modbus RTU in MQTT-Topics |
| Modbus-Zähler | Integration von Modbus-Registerzählern |
| OPC UA zu MQTT | OPC UA → MQTT-Brücke für Industrie 4.0 |
| RS-485 Modbus 4G | RS-485-Bus-Anbindung über 4G/LTE-Modem |
| Serielles Ethernet-Gateway für die Industrie | RS-485/232-zu-Ethernet-Konvertierung auf DIN-Schiene |
| BACnet zur Cloud | Integration von BACnet-Gebäudeleitsystemen in die Cloud |
| M-Bus in die Cloud | M-Bus-Konzentrator mit Datenübertragung in die Cloud |
| Drahtlose M-Bus-Fernauslesung | Drahtlose Fernauslesung über 868-MHz-Funk |
| Industrielle Datenübertragung | Umfassende Architektur für die Datenübertragung mit mehreren Protokollen |