Modbus. Erläuterungen von Elon Musks openAI

[Hat se nicht alle]

Ich wollte hier mal das Grundsätzliche zu Modbus einstellen, weil dieses Thema immer wieder für Verwirrung und Fehler sorgt.
Allerdings bin ich in meiner Grundstruktur eine "faule Sau" und deshalb sehr kreativ. Da ich derzeit mit OpenAI rumspiele kam mir die Idee, dieses Modbus how to von dessen KI erstellen zu lassen. Einerseits brauche ich dann nur noch (sofern überhaupt notwendig) korrigierend einzugreifen, andererseits habt ihr die Möglichkeit zu sehen, was dieses KI Teil schon alles kann

Lets start...

F:Erkläre die Grundsätze von Modbus auf Basis von RS485

Modbus ist ein serielles Kommunikationsprotokoll, das hauptsächlich in der Automatisierungstechnik verwendet wird. Es wurde 1979 von Modicon entwickelt und ist heute eines der am weitesten verbreiteten Protokolle in der Industrie.

Modbus wird über ein RS485-Verbindungssystem übertragen, das es ermöglicht, eine Vielzahl von Geräten über eine einzige serielle Verbindung zu verbinden. RS485 ermöglicht die Übertragung von Daten in beiden Richtungen und erlaubt es, bis zu 32 Geräte an einem einzigen Bus anzuschließen.

Modbus folgt einem Master-Slave-Prinzip, bei dem ein Master-Gerät die Kommunikation über den Bus koordiniert und eine Vielzahl von Slave-Geräten ansteuert. Jedes Gerät im Netzwerk hat eine eindeutige Adresse, über die es vom Master angesprochen werden kann.

Modbus verwendet eine einfache Nachrichtenstruktur, die aus einem Header-Teil und einem Daten-Teil besteht. Der Header enthält Informationen über das angesprochene Gerät und den gewünschten Modbus-Befehl, während der Daten-Teil die tatsächlichen Daten enthält, die übertragen werden sollen.

Modbus bietet eine Vielzahl von Befehlen, die es ermöglichen, verschiedene Arten von Daten zu lesen und zu schreiben, wie zum Beispiel digitale Eingänge, digitale Ausgänge, Analog-Eingänge und Analog-Ausgänge. Diese Befehle ermöglichen es dem Master, die Slave-Geräte zu steuern und die von ihnen gelieferten Daten zu überwachen.

Insgesamt lässt sich sagen, dass Modbus ein leistungsstarkes und zuverlässiges Protokoll ist, das es ermöglicht, eine Vielzahl von Geräten in einem Automatisierungssystem zu vernetzen und zu steuern. Durch seine einfache Nachrichtenstruktur und seine Unterstützung von verschiedenen Datentypen ist es ein sehr flexibles Protokoll, das in vielen verschiedenen Anwendungsbereichen verwendet wird.

F: Du behauptest dass jeder Modbus Teilnehmer eine Adresse braucht. Das stimmt so nicht.


Sie haben Recht, ich habe mich in meiner Antwort geirrt. In der Modbus-Kommunikation ist es nicht unbedingt erforderlich, dass jedes Gerät eine eindeutige Adresse hat. In einigen Fällen können mehrere Geräte dieselbe Adresse verwenden und trotzdem erfolgreich kommunizieren.

Dies wird oft bei sogenannten "Broadcast-Befehlen" verwendet, bei denen der Master eine Nachricht an alle Geräte im Netzwerk sendet, anstatt nur an ein bestimmtes Gerät. In diesem Fall brauchen die Geräte keine eindeutigen Adressen, da sie alle die gleiche Nachricht empfangen und verarbeiten.

Allerdings ist es immer noch wichtig, dass jedes Gerät im Netzwerk eindeutig identifiziert werden kann, auch wenn es keine feste Adresse hat. Dies wird in der Regel durch die Verwendung von sogenannten "Geräte-IDs" erreicht, die jedem Gerät zugewiesen werden und es eindeutig identifizieren.

Insgesamt lässt sich sagen, dass die Verwendung von Adressen in der Modbus-Kommunikation nicht unbedingt erforderlich ist, aber es ist immer wichtig, dass jedes Gerät im Netzwerk eindeutig identifiziert werden kann.

F:Werde konkret: braucht ein Modbus Server eine Modbus ID?

In der Modbus-Kommunikation wird zwischen zwei Haupttypen von Geräten unterschieden: Masters und Slaves. Der Master ist das Gerät, das die Kommunikation im Netzwerk koordiniert und die Slave-Geräte ansteuert. Die Slave-Geräte sind die Geräte, die die vom Master gesendeten Befehle empfangen und ausführen.

In diesem Kontext kann man sagen, dass ein Modbus-Server in der Regel keine Modbus-ID benötigt, da er als Master im Netzwerk fungiert und die Kommunikation koordiniert. Stattdessen werden die Slave-Geräte, die an den Server angeschlossen sind, mit eindeutigen Modbus-IDs gekennzeichnet, damit der Server sie ansprechen und steuern kann.

Allerdings gibt es auch Fälle, in denen ein Modbus-Server selbst eine Modbus-ID benötigt, zum Beispiel wenn er Teil eines größeren Netzwerks ist und von einem anderen Master angesprochen wird. In diesem Fall muss der Server eine eindeutige Modbus-ID haben, damit der andere Master ihn im Netzwerk erkennen und ansprechen kann.

Insgesamt lässt sich sagen, dass die Verwendung von Modbus-IDs für Modbus-Server nicht immer erforderlich ist, aber in manchen Fällen kann es notwendig sein. Es hängt von der spezifischen Konfiguration des Netzwerks und der Rolle des Servers darin ab.

(So, das war mal ein Anfang. Und nun könnt ihr Fragen stellen und ich werde sie an openAI weiterleiten und bei Bedarf korrigierend eingreifen....)

[Hat se nicht alle]

F: Erkläre den Unterschied zwischen Session und Datagramm

Ein Session ist eine Verbindung zwischen zwei Computern, die über ein Netzwerk kommunizieren. Ein Session kann mehrere Nachrichten zwischen den beiden Computern austauschen, während die Verbindung aufrechterhalten bleibt. Ein Datagramm hingegen ist eine einzelne Nachricht, die über ein Netzwerk gesendet wird. Im Gegensatz zu einem Session wird keine Verbindung zwischen den beiden Computern aufrechterhalten, und jedes Datagramm wird einzeln gesendet und empfangen.

F: Nutzt Modbus bei RS485 eine Session Verbindung?

Modbus ist ein Kommunikationsprotokoll, das zur Verbindung von Industriesteuerungen und anderen Geräten verwendet wird. Es kann auf verschiedenen Übertragungsmedien wie RS485 eingesetzt werden. Modbus nutzt keine Session Verbindungen, sondern sendet und empfängt Nachrichten als einzelne Datagramme. Jedes Datagramm enthält eine Nachricht, die an ein bestimmtes Gerät gerichtet ist, und wird einzeln übertragen, ohne dass eine aufrechterhaltende Verbindung zwischen den Geräten besteht.

F: Ist Modbus über TCP auch eine Datagramm Verbindung?

Modbus kann über TCP (Transmission Control Protocol) als auch über andere Übertragungsmedien wie RS485 verwendet werden. In beiden Fällen werden Nachrichten als Datagramme gesendet und empfangen, ohne dass eine aufrechterhaltende Verbindung zwischen den Geräten besteht. Eine TCP-Verbindung wird jedoch dazu verwendet, die Datagramme zwischen den Geräten zu übertragen, während bei der Verwendung von RS485 ein anderes Übertragungsprotokoll zum Einsatz kommt.

F:Ist Modbus über TCP eine sicherere Übertragung als Modbus über 485?

Modbus über TCP könnte in der Regel als sicherer angesehen werden als Modbus über RS485, da TCP ein verbindungsorientiertes Protokoll ist, das eine stärkere Fehlerkontrolle und -korrektur bietet als das Protokoll, das bei RS485 verwendet wird. TCP stellt auch sicher, dass die Daten in der richtigen Reihenfolge empfangen werden und bietet die Möglichkeit, verlorene Daten zu retransmitieren. Allerdings hängt die tatsächliche Sicherheit einer Verbindung immer von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel der verwendeten Verschlüsselungstechnologie und der Implementierung des Kommunikationsprotokolls. Im Allgemeinen sollte man jedoch davon ausgehen, dass eine Verbindung über TCP in der Regel sicherer ist als eine Verbindung über RS485.

(Ich bin echt Baff!!! Es stimmt, dass Modbus/TCP wesentlich sicherer in der Übertragung ist als über RS485 und deshalb als bessere Wahl gilt. Aber ich hätte diese Aussage von einer KI so nicht erwartet, weil durch die weitere Verkapselung in ein zusätzliches Protokoll die ursprünglichen Eigenschaften von Modbus verändert werden)

[Hat se nicht alle]

F: Ist eine galvanische Trennung für RS485 Verbindungen notwendig?

Eine galvanische Trennung kann für RS485-Verbindungen sinnvoll sein, um elektrische Störeinflüsse zu minimieren und die Sicherheit zu erhöhen. RS485 ist ein serielles Übertragungsprotokoll, bei dem die Daten über zwei Adern übertragen werden. Die galvanische Trennung schafft eine isolierte Barriere zwischen den beiden Adern, um zu verhindern, dass elektrische Störimpulse von einem Ende der Verbindung auf das andere übertragen werden. Dies kann dazu beitragen, die Zuverlässigkeit der Übertragung zu erhöhen und Störungen und Fehler in den übertragenen Daten zu verringern. Ob eine galvanische Trennung für eine bestimmte RS485-Verbindung notwendig ist, hängt jedoch von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel der Länge und der Qualität der Verbindung sowie der Störungsintensität in der Umgebung.

F: Kann man die Adern bei RS485 beliebig vertauschen?

Nein, die Adern bei RS485 dürfen nicht beliebig vertauscht werden. RS485 ist ein serielles Übertragungsprotokoll, bei dem die Daten über zwei Adern übertragen werden. Eine der Adern dient dabei als "positive" Datenleitung, während die andere als "negative" Datenleitung verwendet wird. Wenn die Adern vertauscht werden, wird die Verbindung nicht richtig funktionieren, da die empfangenden Geräte die übertragenen Daten nicht korrekt interpretieren können. Es ist wichtig, dass die Adern gemäß den spezifischen Anweisungen des verwendeten RS485-Chips und -Moduls angeschlossen werden, um eine ordnungsgemäße Übertragung zu gewährleisten.

F: Sind Abschlusswiderstände bei RS485 immer notwendig?

Abschlusswiderstände sind bei RS485-Verbindungen in der Regel empfehlenswert, um die Zuverlässigkeit der Übertragung zu erhöhen und elektrische Störungen zu verringern. RS485 ist ein serielles Übertragungsprotokoll, bei dem die Daten über zwei Adern übertragen werden. Abschlusswiderstände werden am Ende der Verbindung angebracht und dienen dazu, die Signale am Ende der Leitung abzubrechen und Reflektionen zu vermeiden. Dies kann dazu beitragen, die Zuverlässigkeit der Übertragung zu erhöhen und Fehler und Störungen in den übertragenen Daten zu verringern. Ob Abschlusswiderstände für eine bestimmte RS485-Verbindung notwendig sind, hängt jedoch von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel der Länge und der Qualität der Verbindung sowie der Störungsintensität in der Umgebung. In vielen Fällen können Abschlusswiderstände jedoch dazu beitragen, die Zuverlässigkeit und Leistung von RS485-Verbindungen zu verbessern.

(Auch wenn einige Teile der Antworten redundant sind, so sind doch die eigentlichen Aussagen korrekt. Im Bezug auf Störeinflüsse empfehle ich ebenfalls nicht zu den preiswertesten China RS485/USB Adaptern zu greifen (damit habe ich selbst schon ein Pi gehimmelt). Besser ein paar Euronen mehr investieren)

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F: Was bedeutet Big Endian und Little Endian?

Big Endian und Little Endian sind Begriffe, die verwendet werden, um die Reihenfolge der Bytes in einer computerinternen Darstellung von Daten darzustellen. Die Begriffe werden häufig im Zusammenhang mit der Speicherung von Ganzzahlen in Computern verwendet, aber sie können auch für andere Datentypen wie Fließkommazahlen und Zeichenketten angewendet werden.

Big Endian bezieht sich auf die Darstellung von Daten, bei der das Most Significant Byte (MSB), also das Byte mit dem höchsten Wert, zuerst gespeichert wird. Dies bedeutet, dass das Byte mit dem niedrigsten Wert zuletzt gespeichert wird. Diese Art der Speicherung ist auch als Network Byte Order bekannt, da sie häufig in Netzwerkprotokollen verwendet wird.

Little Endian hingegen bezieht sich auf die Darstellung von Daten, bei der das Least Significant Byte (LSB), also das Byte mit dem niedrigsten Wert, zuerst gespeichert wird. Dies bedeutet, dass das Byte mit dem höchsten Wert zuletzt gespeichert wird. Diese Art der Speicherung wird häufig in x86-basierten Systemen verwendet.

Es ist wichtig zu beachten, dass Big Endian und Little Endian nicht nur die Reihenfolge der Bytes in einem Wort betreffen, sondern auch die Reihenfolge der Worte in einem größeren Datenblock. Wenn Sie beispielsweise eine Ganzzahl mit vier Bytes auf einem Big Endian-System speichern, wird das Byte mit dem höchsten Wert in der ersten Adresse gespeichert und das Byte mit dem niedrigsten Wert in der vierten Adresse. Auf einem Little Endian-System wird das Byte mit dem niedrigsten Wert in der ersten Adresse gespeichert und das Byte mit dem höchsten Wert in der vierten Adresse.

F: Was ist der Unterschied zwischen Modbus Input Register und Modbus Holding Register?

Im Modbus-Protokoll gibt es zwei Arten von Registern, die zur Speicherung von Daten verwendet werden: Input Registers und Holding Registers.

Input Registers sind Registerspeicher, die zur Aufzeichnung von Eingangsdaten verwendet werden. Sie werden häufig von einem externen Gerät oder einer Maschine gelesen, die Daten an das Modbus-Netzwerk sendet. Input Registers sind normalerweise schreibgeschützt und können nur von einem externen Gerät gelesen werden.

Holding Registers sind Registerspeicher, die zur Aufzeichnung von Daten verwendet werden, die für den Betrieb eines Systems oder Geräts erforderlich sind. Sie können sowohl von externen Geräten als auch von Geräten im Modbus-Netzwerk gelesen und geschrieben werden. Holding Registers werden häufig zur Speicherung von Konfigurationsparametern, Steuerbefehlen und anderen betrieblichen Daten verwendet.

Der Hauptunterschied zwischen Input Registers und Holding Registers besteht darin, dass Input Registers schreibgeschützt sind und nur zum Lesen von Daten verwendet werden, während Holding Registers sowohl zum Lesen als auch zum Schreiben von Daten verwendet werden können. Die Art der verwendeten Registers hängt von den Anforderungen des Systems und den von den Geräten unterstützten Funktionen ab.