Modbus einfach erklärt: RTU, TCP und Registerlogik
Modbus ist das wohl langlebigste Kommunikationsprotokoll der Automatisierungstechnik. Es stammt aus den 1970er-Jahren, ist offen dokumentiert und findet sich bis heute in nahezu jeder Anlage – vom Frequenzumrichter über Energiemessgeräte bis zur Heizungsregelung.
Der Grund für diese Langlebigkeit ist Schlichtheit: Modbus kennt weder komplizierte Objektmodelle noch aufwendige Konfiguration. Ein Gerät fragt, ein anderes antwortet.
Das Grundprinzip
Modbus arbeitet nach dem Client-Server-Prinzip (früher Master-Slave genannt). Der Client stellt eine Anfrage, der adressierte Server antwortet. Von sich aus sendet ein Server nichts – er wird stets abgefragt.
Die Daten liegen in vier Bereichen:
| Bereich | Typ | Zugriff | Typischer Inhalt |
|---|---|---|---|
| Coils | 1 Bit | lesen und schreiben | Schaltbefehle, Freigaben |
| Discrete Inputs | 1 Bit | nur lesen | Zustandsmeldungen, Endschalter |
| Input Registers | 16 Bit | nur lesen | Messwerte wie Strom, Temperatur |
| Holding Registers | 16 Bit | lesen und schreiben | Sollwerte, Parameter |
Die wichtigsten Funktionscodes ergeben sich daraus unmittelbar: 01 und 02 lesen Bits, 03 und 04 lesen Register, 05 und 06 schreiben einzelne Werte, 15 und 16 schreiben mehrere auf einmal.
Modbus RTU oder Modbus TCP?
| Modbus RTU | Modbus TCP | |
|---|---|---|
| Übertragung | Serielle Leitung, meist RS-485 | Ethernet |
| Adressierung | Geräteadresse 1–247 | IP-Adresse, Port 502 |
| Topologie | Linie (Bus), alle Geräte an einem Paar | Sterntopologie über Switch |
| Fehlerprüfung | CRC im Telegramm | Übernimmt TCP/IP |
| Geschwindigkeit | üblich 9.600–115.200 Baud | Netzwerkgeschwindigkeit |
| Stärke | Robust, lange Strecken, günstig | Schnell, einfache Integration in IT |
Beide Varianten verwenden dieselbe Registerlogik – wer eine verstanden hat, findet sich in der anderen sofort zurecht.
RS-485 richtig aufbauen
Die meisten Modbus-RTU-Probleme sind keine Protokoll-, sondern Verdrahtungsprobleme:
- Linientopologie einhalten. Stichleitungen sind die häufigste Fehlerquelle überhaupt.
- Abschlusswiderstände setzen – an beiden Enden des Busses, sonst treten Reflexionen auf.
- Gemeinsames Bezugspotenzial nicht vergessen. RS-485 ist differenziell, braucht aber dennoch eine gemeinsame Masse.
- Verdrilltes, geschirmtes Kabel verwenden und den Schirm einseitig auflegen.
- Einheitliche Einstellungen: Baudrate, Parität und Stoppbits müssen bei allen Teilnehmern identisch sein.
Die typischen Stolpersteine
- Adressversatz um eins. Manche Hersteller zählen Register ab 1, das Protokoll intern ab 0. Steht der Wert um eine Stelle daneben, ist fast immer das die Ursache.
- Byte- und Wortreihenfolge. 32-Bit-Werte belegen zwei Register – die Reihenfolge ist nicht einheitlich geregelt. Ergibt ein Messwert Unsinn, lohnt der Tausch.
- Skalierung. Modbus überträgt reine Zahlen ohne Einheit. Der Wert 2350 kann 23,50 A bedeuten – der Faktor steht im Handbuch, nicht im Telegramm.
- Zeitüberschreitungen. Zu kurze Timeouts bei langsamen Geräten führen zu scheinbar sporadischen Ausfällen.
Wie Modbus in das Gesamtsystem eingebettet ist, zeigt unser Beitrag zur Automatisierungstechnik; die abfragende Seite ist meist eine SPS oder ein SCADA-System.
Häufige Fragen
Was ist Modbus?
Ein offenes, sehr einfaches Kommunikationsprotokoll der Automatisierungstechnik. Ein Client fragt Daten ab, das adressierte Gerät antwortet. Die Daten liegen in Coils und Registern.
Was ist der Unterschied zwischen Modbus RTU und Modbus TCP?
Modbus RTU überträgt seriell, meist über RS-485 mit Geräteadressen von 1 bis 247. Modbus TCP nutzt Ethernet und IP-Adressen auf Port 502. Die Registerlogik ist bei beiden identisch.
Warum stimmt meine Modbus-Adresse nicht?
Meist wegen der Zählweise: Viele Hersteller nummerieren Register ab 1, im Protokoll beginnt die Zählung bei 0. Ein Versatz um genau eine Stelle deutet fast immer darauf hin.
Wie viele Geräte sind an einem Modbus-RTU-Bus möglich?
Das Protokoll erlaubt Adressen von 1 bis 247. Elektrisch begrenzen jedoch Leitungslänge, Baudrate und Busbelastung die Zahl in der Praxis meist deutlich früher.
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