Modbus über MQTT – wie geht das?

Modbus über MQTT – wie geht das?

Im Zeitalter der Digitalisierung und im Rahmen von Industrie 4.0 Anwendungen kommt zwangsläufig die Frage auf, wie bestehende Anlagen zukunftsfähig gemacht werden können. Die Grundlage hierfür sind die am Markt gängigen Systeme für die Vernetzung und den Informationsaustausch von Industrie-Steuerungen und angeschlossenen Sensoren und Aktoren.

Dieser Artikel beschäftigt sich mit der Möglichkeit, vorhandene Systeme zu vernetzen, um Industrie 4.0 Anwendungen überhaupt erst zu ermöglichen. Ganz konkret soll es in diesem Artikel um das Thema „Modbus“ und dessen Vernetzung gehen.

Modbus ist eines von mehreren gängigen Kommunikationsprotokollen für industrielle Anlagen und in der Automationstechnik. Modbus hält zusammen mit der TCP Variante immerhin einen Anteil von 11% am Gesamtmarkt der industriellen Netzwerke.

Quelle: http://www.elektroniknet.de/markt-technik/automation/feldbusse-und-ethernet-im-zeitalter-von-industrie-4-0-128660.html

Modbus ist ein relativ einfaches Master/Slave-Protokoll (https://de.wikipedia.org/wiki/Modbus), welches über verschiedene Leitungswege übertragen werden kann.
Die Frage, wie bestehende Modbus-Systeme mit einer Remote-Überwachung ausgestattet werden können, bzw. wie sich in solchen Systemen eine Predictive-Maintenance-Lösung aufbauen lässt, begegnet uns in Projekten immer häufiger.

Grund genug, hier ein paar grundlegende Gedanken zu diesem Thema zu Papier zu bringen.
Für die Übertragung der Daten in eine Cloud-Lösung á la Azure oder IBM Watson braucht es ein modernes Protokoll, welches auch dafür gemacht ist, mit geringem Ballast relevante Daten zu übermitteln. Ein in diesem Umfeld bewährtes Protokoll ist das MQTT Protokoll, welches wir in früheren Beiträgen schon ausführlich beschrieben haben, siehe:

Das MQTT Protokoll & Hintergründe (Teil 1)

Das MQTT Protokoll & Praxis (Teil 2)

Die Frage die sich nun stellt, ist: Wie kommen die Daten aus einem Modbus in MQTT? Eine kurze Internetrecherche bringt hier einige Ansätze, wie den von Oliver Wagner (https://github.com/owagner/modbus2mqtt) zum Vorschein. Allerdings ist diese Lösung genau wie viele andere für den Einsatz in bestehenden Installation ungeeignet. Der Grund liegt einfach in der Konzeption, denn die meisten gehen davon aus dass Sie ein Modbus Master sind und dann die Daten in MQTT übersetzen.

Das würde allerdings bedeuten, dass die MQTT Implementierung z.B. auf der bestehenden SPS erfolgen müsste, was in der Praxis nicht realisierbar ist.
Der Weg für bestehende Anlagen kann nur über einen Modbus Slave erfolgen. Einen solchen Slave könnte man relativ leicht auf einem Gateway implementieren. Dieses Gateway kann als normaler Busteilnehmer am Modbus arbeiten, ohne den Betrieb zu beeinflussen und alle Daten, die über den Bus laufen, mithören.
Eingriffsmöglichkeiten gibt es in dieser Konstellation zwar keine, aber das ist bei bestehenden Anlagen auch nicht wirklich gewollt.
Sollte man auch Steuerungsmöglichkeiten benötigen, könnte das Gateway als Busteilnehmer Register setzen, welche dann von der SPS in entsprechende Befehle für die anderen Busteilnehmer umgesetzt werden müssen.

Wie man einen solches Gateway aufbaut und welche Komponenten (Software/Hardware) zum Einsatz kommen können, wird der nächste Artikel beleuchten.

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