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Modbus Decoder: Wie man Modbus-Protokollnachrichten entschlüsselt

Olga Weis Olga Weis

Das Modbus-Protokoll ist einer der am weitesten verbreiteten Standards für die Kommunikation zwischen seriellen Geräten in Industrie- und Fertigungssektoren. Dank seiner Einfachheit, Zuverlässigkeit und offenen Architektur ermöglicht Modbus eine effiziente Kommunikation zwischen Geräten wie speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), Sensoren und Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI). Das Troubleshooting und die Optimierung eines Modbus-Netzwerks können jedoch herausfordernd sein, wenn Sie die übertragenen Nachrichten nicht entschlüsseln können.

In diesem Artikel zeigen wir, wie Sie Modbus-Protokollnachrichten entschlüsseln können, mit Schwerpunkt auf der Verwendung von Serial Port Monitor – einem vielseitigen Softwaretool, das Netzwerkadministratoren und Entwicklern hilft, Modbus-Daten zu erfassen und zu interpretieren. Zudem beleuchten wir praktische Anwendungen, häufige Herausforderungen und fortgeschrittene Entschlüsselungstechniken, um die Leistung Ihrer Modbus-basierten Systeme zu verbessern.

Warum das Entschlüsseln von Modbus-Nachrichten wichtig ist

In jedem Modbus-Netzwerk sind die zwischen Geräten (z. B. einem Master und einem Slave) ausgetauschten Nachrichten das Herzstück der Kommunikation. Diese Nachrichten definieren alles – von der Sensordatenabfrage bis zur Steuerung von Aktoren. Doch wenn Probleme auftreten, wie Geräte, die nicht reagieren, oder fehlerhafte Datenübertragungen, reicht es nicht aus, nur die Rohdaten zu verstehen.

Hier kommt die Entschlüsselung von Modbus-Nachrichten ins Spiel. Sie ermöglicht es, folgende Herausforderungen zu bewältigen:

  • Kommunikationsfehler identifizieren, wie fehlerhafte CRC-Werte oder Zeitüberschreitungen.
  • Gerätefehler diagnostizieren, indem Anfragen und Antworten analysiert werden.
  • Netzwerkleistung optimieren, durch Analyse des Datenverkehrs und Identifikation von Ineffizienzen.

Ein Tool wie der Serial Port Monitor ermöglicht die Visualisierung und Interpretation dieser Nachrichten und liefert wertvolle Einblicke in das Netzwerkverhalten, sodass Probleme schneller gelöst werden können.

Der Modbus Protocol Analyzer, entwickelt von Electronic Team, Inc., ist eine innovative Software, mit der Modbus-Protokollnachrichten sowohl im RTU- als auch im ASCII-Format entschlüsselt werden können.
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Das Modbus-Protokoll und die Nachrichtenstruktur verstehen

Das Modbus-Protokoll unterstützt zwei Hauptübertragungsmodi:

  • Modbus RTU (Remote Terminal Unit): Verwendet binäre Kodierung und ist effizienter bei der schnellen Datenübertragung.
  • Modbus ASCII: Nutzt ASCII-Zeichen für bessere Lesbarkeit, oft eingesetzt, wenn eine menschliche Interpretation der Nachrichten erforderlich ist oder das Netzwerk Modems beinhaltet.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Modbus RTU und Modbus ASCII aufgrund ihrer unterschiedlichen Kodierungsverfahren nicht kompatibel sind. Die Wahl des Modus hängt von den spezifischen Anforderungen des Systems ab, aber das Verständnis beider Modi ist entscheidend für die korrekte Entschlüsselung von Nachrichten.

Modbus-Nachrichten: Rahmen, Funktionscodes und Daten

In der Modbus-Kommunikation werden Nachrichten zwischen einem Master (das anfragende Gerät) und einem Slave (das antwortende Gerät) ausgetauscht, um Anweisungen oder Daten zu übertragen.

Modbus-Nachrichten

Diese Nachrichten, auch Rahmen genannt, bestehen aus zwei Typen:

  • Protokolldateneinheit (PDU): Enthält einen Funktionscode (der die auszuführende Aktion angibt) und die dazugehörigen Daten (wie Registerwerte oder Schaltzustände).
  • Anwendungsdateneinheit (ADU): Umfasst die PDU sowie zusätzliche Informationen wie die Adresse und die Fehlerprüfung (CRC oder LRC), um die Nachrichtenintegrität zu gewährleisten.

Jede Modbus-Nachricht enthält einen Funktionscode, der dem Slave-Gerät mitteilt, welche Operation ausgeführt werden soll.

  • Funktionscodes: Geben die Aktion des Geräts an (z. B. das Lesen eines Registers, das Schreiben auf eine Spule).
  • Daten: Die tatsächlich übertragenen Informationen (z. B. Sensordaten, Steuerbefehle).
  • Fehlerprüfung (CRC oder LRC): Gewährleistet die Integrität der Nachrichten, wobei Modbus RTU eine zyklische Redundanzprüfung (CRC) und Modbus ASCII eine longitudinale Redundanzprüfung (LRC) verwendet.
Modbus-Nachricht

Durch die Entschlüsselung dieser Komponenten können Sie die angeforderten Aktionen, die ausgetauschten Daten und eventuelle Fehler genau verstehen.

Modbus-Nachrichten mit Serial Port Monitor entschlüsseln

Serial Port Monitor ist ein leistungsstarkes Tool, das es ermöglicht, Modbus-Kommunikation im RTU- und ASCII-Modus zu erfassen, zu entschlüsseln und zu analysieren. So funktioniert es:

Schritt-für-Schritt-Anleitung:

1
Eine neue Überwachungssitzung starten:

  • Starten Sie Serial Port Monitor und wählen Sie „Session -> Neue Sitzung“ oder nutzen Sie die Tastenkombination STRG+N.
  • Wählen Sie die zu überwachenden COM-Ports aus.
 Neue Sitzung
2
Modbus-Entschlüsselungsoptionen auswählen:

  • Wählen Sie im Sitzungs-Setup, ob Sie Modbus-RTU- oder Modbus-ASCII-Nachrichten entschlüsseln möchten.
  • Wählen Sie die gewünschten Visualisierungen, wie Tabelle, Linie, Dump oder Terminalansicht, um verschiedene Datenperspektiven zu erhalten.
 Neue Überwachungssitzung
3
Erfassungsoptionen konfigurieren:

  • Wählen Sie aus, welche Ereignisse überwacht werden sollen (z. B. Lese-/Schreiboperationen, Gerätesteuerungsereignisse).
  • Klicken Sie auf „Überwachung starten“, um die Live-Datenerfassung zu beginnen.
 Beginnen Sie mit der Überwachung
4
Überwachen und entschlüsseln:

  • Sobald Daten übertragen werden, zeigt das Tool die entschlüsselten Modbus-Nachrichten an. Sie können Funktionscodes, Datenfelder und Fehlerprüfinformationen in einem lesbaren Format anzeigen.
 Tabelle der Präferenzen
5
  • Passen Sie die Anzeigeeinstellungen (z. B. Farbkodierung oder Zeitstempel-Formate) für bessere Übersichtlichkeit an.
 Tabellenansicht

Durch die Verwendung von Tools wie Serial Port Monitor können Sie tiefere Einblicke in den Betrieb Ihres Modbus-Netzwerks gewinnen, Probleme schneller identifizieren und lösen sowie den reibungslosen Betrieb Ihrer angeschlossenen Geräte sicherstellen. Vom Verständnis der Funktionscodes bis hin zur Behebung von Kommunikationsfehlern ist das Entschlüsseln von Nachrichten ein entscheidender Schritt zur Optimierung und Wartung von Modbus-basierten Systemen.

Darüber hinaus ermöglichen die Anpassungsoptionen von Serial Port Monitor, die Darstellung von Daten so zu gestalten, dass die Analyse erleichtert wird, insbesondere bei großen oder komplexen Datenströmen.

Praktische Anwendungsfälle und Tipps zur Fehlerbehebung

Das Entschlüsseln von Modbus-Nachrichten dient nicht nur dem Verständnis der Kommunikation, sondern auch der Diagnose und Lösung von Problemen in der Praxis. Hier einige häufige Anwendungsfälle:

  • Fehlerhafte Geräte identifizieren: Wenn ein Gerät nicht korrekt auf Modbus-Anfragen reagiert, zeigt die entschlüsselte Nachricht möglicherweise einen ungültigen Funktionscode oder fehlerhafte Daten.
  • Netzwerkverzögerungen analysieren: Die Analyse der Zeitintervalle zwischen Nachrichten kann Verzögerungen durch Netzwerküberlastung oder langsame Geräte aufdecken.
  • Nachrichtenintegrität überprüfen: Die Inspektion der CRC- oder LRC-Werte in der entschlüsselten Nachricht hilft sicherzustellen, dass keine Daten während der Übertragung beschädigt wurden.

Tipps zur Fehlerbehebung:

  • Achten Sie auf wiederholte Zeitüberschreitungen in der Kommunikation, die auf eine fehlerhafte Verbindung oder ein falsch konfiguriertes Gerät hinweisen können.
  • Untersuchen Sie alle CRC- oder LRC-Fehler, da diese darauf hindeuten, dass Nachrichten während der Übertragung verändert werden.
  • Nutzen Sie das Sitzungsprotokoll von Serial Port Monitor, um Muster in Kommunikationsstörungen oder sporadischen Problemen zu identifizieren.

Wenn Sie die in diesem Artikel beschriebenen Schritte beherrschen, sind Sie besser gerüstet, um die Komplexitäten der Modbus-Kommunikation zu bewältigen und sicherzustellen, dass Ihr Netzwerk in einer Vielzahl industrieller Anwendungen zuverlässig und effizient bleibt.

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