Modbus RTU im Schaltschrank: Terminierung, Biasing und Adressen richtig einstellen

→ Produktkategorie: Modbus I/O

 

Mehrere Modbus-I/O-Module sind auf der Hutschiene montiert, die Versorgungsspannung liegt an und jedes Gerät funktioniert einzeln. Sobald jedoch alle Teilnehmer gemeinsam an die RS485-Leitung angeschlossen werden, treten plötzlich Kommunikationsfehler auf:

Timeouts, CRC-Fehler oder einzelne Teilnehmer antworten nicht

Die Ursache liegt häufig nicht im Modbus-Protokoll selbst, sondern im Aufbau der seriellen RS485-Verbindung.

Bei Modbus RTU müssen mehrere Ebenen gleichzeitig stimmen:

• Busverdrahtung und Topologie,
• Terminierung,
• Biasing beziehungsweise Polarisation,
• Teilnehmeradressen,
• Baudrate, Parität und Stoppbits,
• EMV-gerechte Leitungsführung.

Ein Modbus-Teilnehmer kann vollständig korrekt parametriert sein und trotzdem nicht zuverlässig kommunizieren, wenn beispielsweise an jedem Gerät ein Abschlusswiderstand aktiviert wurde, zwei Teilnehmer dieselbe Adresse besitzen oder aus einer Busleitung eine sternförmige Verdrahtung entstanden ist.

Besonders anschaulich lässt sich ein sauberer Aufbau mit dem Modbus RTU Anschlussmodul DMB 96000 realisieren. Das Modul verbindet 24-V-Versorgung und Modbus-Leitungen A/B mit dem In-Rail-Bus und besitzt zuschaltbare Abschluss- und Polarisationswiderstände. Weitere passende I/O-Module finden Sie unter Modbus I/O bei ICS Schneider sowie unter Messgeräte für den Schaltschrankbau.

Was ist Modbus RTU über RS485?

Modbus RTU ist ein serielles Kommunikationsprotokoll, das in Industrieanlagen sehr häufig über eine RS485-Schnittstelle übertragen wird.

Typischerweise besteht ein Segment aus:

1 Master + mehreren Slaves

beziehungsweise in moderner Terminologie aus einem:

Client/Master + mehreren Server-/Slave-Geräten

Der Master initiiert die Kommunikation.

Ein Slave antwortet nur auf eine passende Anfrage

Er beginnt im normalen Modbus-RTU-Betrieb nicht selbstständig mit der Kommunikation und kommuniziert nicht direkt mit einem anderen Slave.

Damit eignet sich Modbus RTU beispielsweise für:

• analoge I/O-Module,
• digitale I/O-Module,
• Energiezähler,
• Messumformer,
• Temperaturmodule,
• Drucksensoren,
• Schalttafelmessgeräte.

RS485 und Modbus nicht verwechseln

Zwei Begriffe werden häufig gleichgesetzt:

RS485

und:

Modbus RTU

Sie beschreiben jedoch unterschiedliche Ebenen.

RS485 beschreibt die elektrische Schnittstelle

Dazu gehören unter anderem:

• differenzielle Signalübertragung,
• Mehrteilnehmerbetrieb,
• Busleitung,
• Terminierung,
• Polarisation beziehungsweise Biasing.

Modbus RTU beschreibt dagegen die Kommunikation

also beispielsweise:

• Teilnehmeradresse,
• Funktionscode,
• Datenfeld,
• CRC-Prüfsumme,
• Telegrammaufbau.

Ein Fehler in der RS485-Verdrahtung kann deshalb dazu führen, dass ein korrekt aufgebautes Modbus-Telegramm den Empfänger niemals zuverlässig erreicht.

A/B-Leitungen richtig anschließen

Eine zweidrahtige RS485-Verbindung besitzt ein differenzielles Leitungspaar.

Bei vielen Geräten werden die Anschlüsse bezeichnet als:

A / B

Bei anderen Dokumentationen finden sich Bezeichnungen wie:

D0 / D1

oder:

A− / B+

Die Bezeichnungen sind in der Praxis nicht immer herstellerübergreifend eindeutig

Deshalb sollte niemals allein nach:

A = Plus

oder:

B = Plus

verdrahtet werden.

Stattdessen müssen die Anschlussbezeichnungen beziehungsweise die Zuordnung in den Bedienungsanleitungen der verwendeten Geräte miteinander verglichen werden.

Typisches Fehlerbild bei vertauschten Leitungen

Der Teilnehmer:

• wird mit Spannung versorgt,
• zeigt keinen Gerätefehler,
• antwortet aber auf keine Modbus-Anfrage.

Bei der Fehlersuche gehört die A/B-Zuordnung deshalb zu den ersten Prüfungen.

Die richtige Bustopologie

RS485-Modbus wird grundsätzlich als Linien- beziehungsweise Busstruktur aufgebaut.

Vereinfacht:

Master ─ Teilnehmer 1 ─ Teilnehmer 2 ─ Teilnehmer 3 ─ Teilnehmer 4

Die Hauptleitung wird auch als:

Trunk

bezeichnet.

Ungünstig ist dagegen eine Sternstruktur

zum Beispiel:

            ┌ Teilnehmer 1
Master ─────┼ Teilnehmer 2
            ├ Teilnehmer 3
            └ Teilnehmer 4

An den einzelnen Leitungszweigen entstehen zusätzliche Leitungsenden.

Dort können Signalreflexionen auftreten.

Das Problem wird stärker bei

• hohen Baudraten,
• langen Leitungen,
• langen Abzweigungen,
• ungünstigem Kabel,
• vielen Teilnehmern.

Im Schaltschrank sollte deshalb möglichst konsequent von Teilnehmer zu Teilnehmer weiterverdrahtet werden.

Stichleitungen möglichst kurz halten

Nicht jeder Teilnehmer kann unmittelbar in die Hauptleitung eingeschleift werden.

Kurze Abzweigungen sind deshalb grundsätzlich möglich.

Für einen stabilen Bus gilt jedoch

Stichleitungen sollten so kurz wie praktisch möglich ausgeführt werden.

Die offizielle Modbus-Serial-Line-Spezifikation sieht zwar abhängig von der Topologie gewisse Ableitungslängen vor, in einem kompakten Schaltschrank besteht jedoch normalerweise kein technischer Grund, unnötig lange Stichleitungen zu bauen.

Ungünstig ist beispielsweise

eine Hauptleitung im Kabelkanal, von der zu jedem I/O-Modul:

1 bis 2 m separate RS485-Leitung

geführt wird.

Besser ist eine konsequente Durchverdrahtung beziehungsweise ein dafür vorgesehenes Bussystem wie der In-Rail-Bus der DMB-Serie.

Was bewirkt die Terminierung?

Elektrische Signale bewegen sich auf einer längeren Leitung als elektromagnetische Welle.

Trifft diese Welle am Leitungsende auf eine stark abweichende Impedanz, kann ein Teil des Signals reflektiert werden.

Solche Reflexionen können die Signalform verändern

und dadurch beispielsweise:

• falsche Flanken,
• Telegrammfehler,
• CRC-Fehler,
• sporadische Kommunikationsabbrüche

verursachen.

Ein Abschlusswiderstand am Leitungsende reduziert diese Reflexionen.

Die Terminierung wird zwischen den beiden Datenleitern geschaltet

also direkt zwischen dem differenziellen Leitungspaar.

Warum nur die beiden Busenden terminiert werden

Eine RS485-Busleitung besitzt zwei physikalische Enden.

Genau dort werden die Abschlusswiderstände benötigt.

Vereinfacht:

Terminierung — Teilnehmer — Teilnehmer — Teilnehmer — Terminierung

Ein häufiger Montagefehler lautet

Jeder Modbus-Teilnehmer besitzt einen Terminierungsschalter → überall einschalten

Das ist falsch.

Werden beispielsweise fünf Abschlusswiderstände parallel auf den Bus geschaltet, sinkt die resultierende Belastung der RS485-Treiber deutlich.

Die Folge kann sein

• zu geringe Differenzspannung,
• instabile Kommunikation,
• Kommunikation funktioniert nur bei einzelnen Geräten,
• sporadische Ausfälle.

Die Terminierung gehört an die beiden physikalischen Enden der Busleitung – nicht automatisch an den ersten und letzten Teilnehmer nach Gerätenummer oder Schaltschrankposition.

Welcher Abschlusswiderstand ist richtig?

In der industriellen Praxis wird bei RS485 häufig ein Abschlusswiderstand verwendet, der zur charakteristischen Impedanz des Buskabels passt.

Ein verbreiteter Wert ist:

120 Ω

Die Modbus-Serial-Line-Spezifikation nennt beispielsweise auch:

150 Ω / 0,5 W

als mögliche reine Leitungs-Terminierung.

Daneben wird dort für Systeme mit Polarisation auch eine Kombination aus:

120 Ω + 1 nF in Serie

beschrieben.

Für die praktische Anlage gilt deshalb

Der Abschluss sollte nicht anhand eines pauschalen Widerstandswertes selbst konstruiert werden, wenn das verwendete Gerät bereits eine definierte interne Terminierung besitzt.

Die Herstellervorgabe des:

• Masters,
• Gateways,
• I/O-Systems

ist maßgebend.

Beim DMB 96000 können die für die RS485-Schnittstelle vorgesehenen Abschlusswiderstände direkt über DIP-Schalter zugeschaltet werden.

Was bedeutet Biasing beziehungsweise Polarisation?

Wenn gerade kein RS485-Teilnehmer sendet, befinden sich die Busleitungen zeitweise in einem nicht aktiv getriebenen Zustand.

Je nach verwendeten RS485-Transceivern kann der Empfänger dann empfindlicher gegenüber Störungen reagieren.

Biasing erzeugt einen definierten Ruhezustand

Dazu wird das Leitungspaar über:

• einen Pull-up-Widerstand,
• einen Pull-down-Widerstand

auf einen definierten Differenzpegel gebracht.

In der Modbus-Spezifikation wird dafür auch der Begriff:

Line Polarization

verwendet.

Biasing und Terminierung haben unterschiedliche Aufgaben

Funktion	Aufgabe
Terminierung	Reduziert Signalreflexionen an den Leitungsenden
Biasing / Polarisation	Erzeugt einen definierten Buspegel, wenn kein Sender aktiv ist

Beide Begriffe dürfen deshalb nicht miteinander verwechselt werden.

Warum Biasing normalerweise nur einmal aktiviert wird

Ein häufiger Fehler ist auch hier:

Jedes Gerät besitzt Bias-Widerstände → alle einschalten

Dadurch verändern sich die Widerstandsverhältnisse des gesamten Busses.

Die Modbus-Spezifikation sieht bei erforderlicher Polarisation grundsätzlich ein Widerstandspaar für den gesamten Bus vor

Typischerweise befindet sich dieses:

• am Master,
• am Gateway,
• an einem zentralen Busanschluss.

Als Widerstandsbereich nennt die Modbus-Spezifikation:

450 … 650 Ω

für die dort beschriebene Polarisation.

Moderne RS485-Treiber können allerdings bereits interne Fail-Safe-Funktionen besitzen

Deshalb sollte Biasing nicht blind zusätzlich eingebaut werden.

Entscheidend ist die Dokumentation der eingesetzten Geräte.

Beim DMB 96000 können sowohl Abschluss- als auch Polarisationswiderstände über DIP-Schalter aktiviert werden. Damit lässt sich die benötigte Funktion gezielt an einer definierten Stelle des Segments einrichten.

Teilnehmeradressen richtig vergeben

Jeder Modbus-Slave benötigt innerhalb eines seriellen Busses eine eindeutige Adresse.

Für einzelne Teilnehmer stehen grundsätzlich die Adressen:

1 … 247

zur Verfügung.

Adresse 0 besitzt eine Sonderfunktion

Sie ist für:

Broadcast

reserviert.

Die Adressen:

248 … 255

sind reserviert.

Zwei Geräte mit derselben Adresse verursachen Buskollisionen

Sendet der Master beispielsweise eine Anfrage an:

Adresse 12

und zwei Geräte besitzen diese Adresse, versuchen beide auf dieselbe Anfrage zu antworten.

Die Telegramme überlagern sich.

Mögliche Symptome sind

• CRC-Fehler,
• keine gültige Antwort,
• sporadische Kommunikation,
• weitere Teilnehmer scheinen zeitweise ebenfalls gestört.

Eine einmalige Vergabe und Dokumentation aller Teilnehmeradressen gehört deshalb zu den wichtigsten Schritten der Inbetriebnahme.

Warum 247 Adressen nicht automatisch 247 RS485-Geräte bedeuten

Ein häufiger Denkfehler lautet:

Modbus erlaubt Adresse 1 … 247 → also können immer 247 Geräte an einem RS485-Segment betrieben werden.

Das ist nicht generell richtig.

Die Modbus-Adresse ist eine Protokolleigenschaft

Die zulässige Anzahl elektrischer Teilnehmer hängt zusätzlich von der RS485-Schnittstelle ab.

Die Modbus-Serial-Line-Spezifikation nennt grundsätzlich:

32 Geräte ohne Repeater

als sicher unterstützte Basis für einen klassischen RS485-Multipoint-Bus.

Moderne Transceiver belasten den Bus jedoch deutlich weniger

Sie werden beispielsweise als:

1/2 Unit Load

1/4 Unit Load

oder:

1/8 Unit Load

ausgeführt.

Dadurch kann die Zahl der Teilnehmer erheblich steigen.

Beispiel DMB-Serie

ICS gibt für verschiedene DRAGO-DMB-Module eine:

1/8-Load-RS485-Schnittstelle

an.

Damit sind laut Produktspezifikation bis zu:

247 DRAGO Modbus-Geräte

in einem Segment ohne zusätzlichen Repeater möglich.

Diese Angabe gilt für das entsprechend ausgelegte System und darf nicht pauschal auf beliebige RS485-Geräte verschiedener Hersteller übertragen werden.

Baudrate, Parität und Stoppbits

Ein vollständig korrekt verdrahteter RS485-Bus funktioniert trotzdem nicht, wenn die seriellen Parameter nicht übereinstimmen.

Alle Teilnehmer eines Modbus-RTU-Segments müssen passend eingestellt sein

Dazu gehören insbesondere:

• Baudrate,
• Datenbits,
• Parität,
• Stoppbits.

Beispiel

Master:

19200 Baud / 8 Datenbits / Even / 1 Stopbit

Slave:

9600 Baud / 8 Datenbits / Even / 1 Stopbit

Ergebnis:

keine Kommunikation

Auch eine falsche Parität reicht aus

Beispielsweise:

Master = Even

Slave = None

Die Telegramme werden dann nicht korrekt interpretiert.

Die DMB-I/O-Module unterstützen je nach Ausführung Baudraten von:

300 … 115200 Baud

sowie verschiedene Paritätskonfigurationen.

Signalreferenz und Common-Leiter

RS485 arbeitet differenziell.

Das bedeutet jedoch nicht, dass Potentialunterschiede zwischen verschiedenen Geräten unbegrenzt sein dürfen.

Bei größeren Anlagen kann eine gemeinsame Signalreferenz erforderlich sein

Die Modbus-Spezifikation bezeichnet diese als:

Common

beziehungsweise Signal-Common.

Sie darf nicht mit dem Kabelschirm verwechselt werden.

Für die konkrete Verdrahtung gilt

Die Herstellerangaben der verwendeten RS485-Schnittstellen müssen berücksichtigt werden.

Insbesondere bei:

• galvanisch getrennten Schnittstellen,
• unterschiedlichen Versorgungssystemen,
• mehreren Schaltschränken

ist die Potentialführung Teil des Gesamtkonzepts.

Schirmung und EMV

Ein Modbus-Bus kann auf dem Prüfplatz problemlos funktionieren und nach dem Einbau in die Maschine plötzlich sporadische Fehler zeigen.

Eine häufige Ursache sind elektromagnetische Störungen.

Für RS485 sollte eine geeignete verdrillte Leitung verwendet werden

Die beiden Datenadern bilden ein Paar.

Dadurch wirken eingekoppelte Störungen möglichst ähnlich auf beide Leiter und werden vom differentiellen Empfänger weitgehend unterdrückt.

Zusätzlich kann eine Schirmung erforderlich sein

Die konkrete Schirmanbindung richtet sich nach:

• Maschinenkonzept,
• Potentialausgleich,
• Gerätehersteller,
• EMV-Umgebung.

Der Schirm sollte nicht beliebig mit Signal-GND oder Datenadern verbunden werden.

Abstand zu Frequenzumrichtern und Motorleitungen

Besonders problematisch für Kommunikationsleitungen sind:

• Frequenzumrichter,
• Motorleitungen mit PWM-Spannung,
• Schütze,
• Bremswiderstände,
• Leistungskabel mit hohen Stromänderungen.

RS485-Leitungen sollten deshalb nicht über längere Strecken parallel zu störenden Leistungskabeln geführt werden

Ist eine Kreuzung erforderlich, ist eine möglichst rechtwinklige Führung grundsätzlich günstiger als eine lange parallele Strecke.

Im Schaltschrank bedeutet das

wenn möglich:

• Kommunikationsleitungen getrennt von Motorleitungen führen,
• ausreichenden Abstand einhalten,
• Signal- und Leistungskabel in getrennten Kabelkanälen verlegen,
• Schirmkonzept konsequent ausführen.

Kommunikation vorhanden, Messwert trotzdem falsch

Wenn ein Modbus-Teilnehmer antwortet, ist die physikalische Kommunikation bereits weitgehend funktionsfähig.

Trotzdem kann der ausgelesene Messwert falsch sein.

Dann liegt die Ursache häufig auf Protokoll- oder Datenebene

Beispielsweise:

• falsche Registeradresse,
• falscher Funktionscode,
• 32-Bit-Wert mit falscher Byte-Reihenfolge,
• Float-Wert als Integer interpretiert,
• Skalierungsfaktor nicht berücksichtigt,
• Offset zwischen 0-basierter und 1-basierter Registerdarstellung.

Beispiel

Das Datenblatt beschreibt:

Holding Register 40001

Die verwendete SPS-Software erwartet jedoch als Startadresse:

0

oder:

1

abhängig von ihrer Adressierungslogik.

Dann kann ein korrekt kommunizierendes Gerät scheinbar falsche Daten liefern.

Terminierung und Biasing lösen keine Registerprobleme – genauso wenig löst eine Änderung der Registeradresse einen physikalisch instabilen RS485-Bus.

Typische Fehlerbilder

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Kein Teilnehmer antwortet	A/B vertauscht, falsche Baudrate oder Master falsch konfiguriert	Busparameter und Datenleitungen prüfen
Nur ein Teilnehmer antwortet	weitere Geräte falsche Adresse oder Parametrierung	Geräte einzeln prüfen
Zwei Geräte funktionieren einzeln, gemeinsam nicht	gleiche Slave-Adresse	Adressen kontrollieren
Kommunikation funktioniert nur bei kurzer Leitung	Terminierung oder Kabel ungeeignet	Busenden und Kabeltyp prüfen
Viele CRC-Fehler	Störungen, Reflexionen oder Kollisionen	Terminierung, Topologie, EMV und doppelte Adressen prüfen
Fehler treten nur bei laufendem Motor auf	EMV-Einkopplung durch Frequenzumrichter oder Motorleitung	Leitungsführung und Schirmung prüfen
Bus wird schlechter, wenn Terminierung aktiviert wird	zu viele Abschlusswiderstände aktiv	nur die beiden Busenden terminieren
Kommunikation ist im Leerlauf sporadisch instabil	fehlender definierter Ruhepegel	Herstelleranforderung für Biasing prüfen
Bus funktioniert nach Erweiterung nicht mehr	Sternstruktur oder zu lange Stichleitung entstanden	Topologie kontrollieren
Ein Teilnehmer antwortet nur gelegentlich	Grenzfall bei Pegel, EMV oder Kontaktproblem	Klemmen, Versorgung und RS485-Signal prüfen
Antwort vorhanden, Wert offensichtlich falsch	Register, Datentyp oder Byte-Reihenfolge falsch	Modbus-Registerbeschreibung prüfen
Nach Gerätetausch antwortet neuer Teilnehmer nicht	Werkseinstellung für Adresse oder Baudrate abweichend	Kommunikationsparameter neu prüfen

Modbus-Bus systematisch in Betrieb nehmen

1. Busstruktur festlegen: Hauptleitung als Linie beziehungsweise Daisy Chain planen.
2. Gerätepositionen bestimmen: Physikalische Busenden eindeutig festlegen.
3. Geeignetes RS485-Kabel verwenden: Verdrilltes Datenpaar und erforderliches Schirmkonzept berücksichtigen.
4. A/B-Zuordnung prüfen: Herstellerdokumentationen vergleichen und nicht allein nach Plus/Minus-Bezeichnungen verdrahten.
5. Common-Konzept prüfen: Signalreferenz entsprechend den verwendeten Geräten ausführen.
6. Terminierung aktivieren: Ausschließlich an den beiden physikalischen Busenden.
7. Biasing prüfen: Nur dann aktivieren, wenn das System es benötigt, und nicht mehrfach im Segment.
8. Teilnehmeradressen vergeben: Jede Adresse von 1 bis 247 nur einmal verwenden.
9. Adresse dokumentieren: Teilnehmernummer direkt im Stromlaufplan beziehungsweise in der Geräteliste hinterlegen.
10. Baudrate einstellen: Bei allen Teilnehmern identische Übertragungsrate verwenden.
11. Parität und Stoppbits einstellen: Parameter im gesamten Segment vereinheitlichen.
12. Versorgung prüfen: Spannung an jedem I/O-Modul kontrollieren.
13. Zunächst wenige Teilnehmer anschließen: Master und einen Slave testen.
14. Segment schrittweise erweitern: Weitere Teilnehmer einzeln hinzufügen.
15. Kommunikationsfehler beobachten: Timeouts und CRC-Fehler nicht ignorieren.
16. Stichleitungen kontrollieren: Unnötig lange Abzweigungen vermeiden.
17. EMV-Situation prüfen: Besonders Leitungsführung neben Umrichtern und Motorleitungen kontrollieren.
18. Register prüfen: Erst nach stabiler Kommunikation Datentypen und Skalierung bewerten.
19. Endzustand dokumentieren: Adresse, Baudrate, Parität, Terminierung und Biasing festhalten.

Praxisbeispiel mit mehreren I/O-Modulen

In einem Schaltschrank sollen mehrere Sensorsignale über Modbus RTU an eine SPS übertragen werden.

Verwendet werden beispielsweise:

• ein DMB 96000 Anschlussmodul,
• zwei DMB 96700 DI/DO-Module,
• zwei DMB 96400 Analog-I/O-Module.

Die Spannungsversorgung beträgt

24 V DC

Modbus und Versorgung werden über das DMB 96000 in den In-Rail-Bus eingespeist.

Die Teilnehmer erhalten beispielsweise

DMB 96700 Nr. 1 → Adresse 11

DMB 96700 Nr. 2 → Adresse 12

DMB 96400 Nr. 1 → Adresse 13

DMB 96400 Nr. 2 → Adresse 14

Alle Module werden beispielsweise eingestellt auf:

19200 Baud

mit identischer Paritäts- und Stoppbitkonfiguration.

Die physikalische Busleitung endet am I/O-System

Dann kann dort die entsprechende Terminierung am DMB 96000 aktiviert werden, sofern dieses Modul tatsächlich das Ende des gesamten RS485-Segments bildet.

Die zweite Terminierung befindet sich am gegenüberliegenden physikalischen Ende des RS485-Busses, beispielsweise am Master beziehungsweise Gateway.

Biasing

wird nur an der dafür vorgesehenen Stelle des Gesamtsystems aktiviert.

Das Entscheidende ist nicht, wie viele I/O-Module auf der Hutschiene montiert sind, sondern wie der gesamte RS485-Bus vom ersten bis zum letzten physikalischen Leitungsende aufgebaut ist.

Passende Modbus-I/O-Produkte bei ICS Schneider

DMB 96000 Modbus RTU Anschlussmodul

Für das Thema dieses Fachbeitrags ist das DMB 96000 besonders passend.

Es übernimmt unter anderem:

• Anschluss der 24-V-Versorgung,
• Anschluss der Modbus-Leitungen A und B,
• Verbindung mit dem In-Rail-Bus,
• Verteilung von Versorgung und Modbus an weitere Module,
• zuschaltbare RS485-Abschlusswiderstände,
• zuschaltbare Polarisationswiderstände.

Damit lassen sich gerade Terminierung und Biasing direkt an einem konkreten Schaltschrankaufbau erklären.

DMB 96700 4-Kanal DI/DO Modul

Das DMB 96700 besitzt vier unabhängig konfigurierbare digitale I/O-Kanäle.

ICS nennt unter anderem:

• Modbus RTU über RS485,
• Adressen 1 … 247,
• Baudraten von 300 bis 115200,
• verschiedene Paritätskonfigurationen,
• digitale Ein- und Ausgänge,
• Frequenz-, Zähler-, Puls- und PWM-Funktionen,
• In-Rail-Bus für Modbus und Versorgung.

DMB 96400 Analog-I/O-Modul

Das DMB 96400 stellt zwei analoge Eingänge und zwei analoge Ausgänge bereit.

Die Kanäle können für industrielle Strom- und Spannungssignale eingesetzt werden.

Auch dieses Modul kommuniziert über:

Modbus RTU / RS485

und eignet sich damit für dezentrale beziehungsweise kompakte Schaltschrank-I/O-Systeme.

DMB 96100 Normsignal-Eingangsmodul

Für reine Messaufgaben steht außerdem das DMB 96100 zur Verfügung.

Es verarbeitet unter anderem:

• 0 … 20 mA,
• 4 … 20 mA,
• 0 … 10 V,
• 0 … 5 V

und stellt das Messergebnis über Modbus RTU bereit.

Weitere Module finden Sie unter Modbus I/O bei ICS Schneider.

Fazit

Ein zuverlässiger Modbus-RTU-Bus entsteht nicht allein durch korrekt eingestellte Register oder Teilnehmeradressen.

RS485 benötigt eine saubere Linienstruktur

Der Bus sollte als Trunk beziehungsweise Daisy Chain aufgebaut werden. Lange sternförmige Abzweigungen sind zu vermeiden.

Die Terminierung gehört nur an die beiden Busenden

Zu viele Abschlusswiderstände belasten die Leitung unnötig und können die Kommunikation genauso verschlechtern wie eine vollständig fehlende Terminierung.

Biasing ist nicht dasselbe wie Terminierung

Die Polarisation sorgt bei Bedarf für einen definierten Ruhezustand des Leitungspaares und wird grundsätzlich nur an einer dafür vorgesehenen Stelle des Segments eingerichtet.

Jede Slave-Adresse muss eindeutig sein

Für einzelne Modbus-Teilnehmer stehen Adressen von 1 bis 247 zur Verfügung. Adresse 0 ist für Broadcast reserviert.

247 Adressen bedeuten nicht automatisch 247 elektrische Teilnehmer

Die zulässige Teilnehmerzahl hängt von der Belastung der RS485-Transceiver ab. Systeme mit 1/8-Unit-Load können deutlich mehr Geräte aufnehmen als klassische RS485-Schnittstellen.

Baudrate und Zeichenformat müssen übereinstimmen

Eine einzige abweichende Einstellung bei Baudrate, Parität oder Stoppbits reicht aus, damit ein Teilnehmer nicht kommuniziert.

EMV gehört zur Busplanung

Frequenzumrichter, Motorleitungen und Leistungsschütze können eine elektrisch korrekte Busverdrahtung im Betrieb dennoch stören.

Für die Praxis gilt

Bus als Linie planen → A/B-Zuordnung anhand der Gerätedokumentation prüfen → Stichleitungen kurz halten → nur beide physikalischen Busenden terminieren → Biasing nur an der vorgesehenen Stelle aktivieren → eindeutige Adressen vergeben → Baudrate, Parität und Stoppbits vereinheitlichen → RS485-Leitung EMV-gerecht verlegen → zunächst einen Teilnehmer testen → Bus schrittweise erweitern → CRC-Fehler und Timeouts auswerten → erst bei stabiler Kommunikation Register, Datentyp und Skalierung prüfen.

FAQ: Modbus RTU im Schaltschrank richtig aufbauen

Was ist Modbus RTU?

Modbus RTU ist ein serielles Industrieprotokoll, das häufig über eine RS485-Schnittstelle übertragen wird.

Ist RS485 dasselbe wie Modbus?

Nein. RS485 beschreibt die elektrische Übertragung, Modbus RTU das darauf verwendete Kommunikationsprotokoll.

Wie wird Modbus RTU typischerweise verdrahtet?

Bei RS485 mit zwei Datenadern wird typischerweise eine lineare Busstruktur beziehungsweise Daisy Chain aufgebaut.

Darf Modbus RS485 sternförmig verdrahtet werden?

Eine Sternstruktur ist für einen klassischen RS485-Bus ungünstig, da zusätzliche Leitungsenden und Reflexionen entstehen können.

Was bedeutet Daisy Chain?

Daisy Chain bedeutet, dass die Busleitung von einem Teilnehmer zum nächsten weitergeführt wird, anstatt für jeden Teilnehmer eine separate lange Leitung vom selben Punkt zu verlegen.

Wie lang dürfen Stichleitungen sein?

Das hängt von Baudrate, Kabel und Gesamttopologie ab. In einem Schaltschrank sollten Stichleitungen grundsätzlich so kurz wie praktisch möglich ausgeführt werden.

Was ist eine RS485-Terminierung?

Die Terminierung ist ein Abschluss der Busleitung mit einer passenden Impedanz, um Signalreflexionen an den Leitungsenden zu reduzieren.

Wo müssen die Abschlusswiderstände sitzen?

An den beiden physikalischen Enden der RS485-Busleitung.

Muss jeder Modbus-Teilnehmer terminiert werden?

Nein. Das wäre ein typischer Verdrahtungsfehler. Auf einer normalen passiven Zweidraht-Busleitung werden nur die beiden Enden terminiert.

Was passiert bei zu vielen Abschlusswiderständen?

Die RS485-Treiber werden stärker belastet und der Differenzpegel kann zu klein werden. Dadurch kann die Kommunikation instabil werden.

Was passiert ohne Abschlusswiderstände?

Bei längeren Leitungen oder höheren Datenraten können Reflexionen zu gestörten Signalformen und Telegrammfehlern führen.

Sind Abschlusswiderstände immer 120 Ω?

Nicht zwingend. Der Wert muss zum verwendeten Bussystem und Kabel passen. Wenn ein Gerät eine integrierte Terminierung besitzt, sollte die Herstellervorgabe verwendet werden.

Was bedeutet Biasing bei RS485?

Biasing beziehungsweise Polarisation legt das RS485-Leitungspaar bei inaktivem Sender auf einen definierten Ruhepegel.

Ist Biasing dasselbe wie Terminierung?

Nein. Terminierung reduziert Reflexionen, Biasing erzeugt einen definierten Ruhezustand.

Muss jedes Gerät Biasing besitzen?

Nein. Wenn eine Polarisation benötigt wird, wird sie normalerweise nur einmal für das gesamte Segment eingerichtet.

Wo sollte das Biasing sitzen?

Typischerweise am Master, Gateway oder einem dafür vorgesehenen Busanschluss. Die konkrete Herstellerdokumentation ist maßgebend.

Welche Modbus-Adressen sind verfügbar?

Für individuell adressierte Slave-Geräte stehen die Adressen 1 bis 247 zur Verfügung.

Was bedeutet Modbus-Adresse 0?

Adresse 0 ist für Broadcast-Telegramme reserviert und keine normale individuelle Slave-Adresse.

Dürfen zwei Geräte dieselbe Modbus-Adresse haben?

Nein. Jeder Slave benötigt auf einem seriellen Bus eine eindeutige Adresse.

Was passiert bei einer doppelten Adresse?

Mehrere Geräte können gleichzeitig antworten. Die Telegramme kollidieren und der Master empfängt keine gültige Antwort.

Kann ich immer 247 Geräte an einen RS485-Bus anschließen?

Nein. 247 ist die Anzahl der verfügbaren Modbus-Slave-Adressen. Die elektrisch zulässige Teilnehmerzahl hängt von den verwendeten RS485-Transceivern ab.

Wie viele Geräte erlaubt klassisches RS485-Modbus?

Die Modbus-Serial-Line-Spezifikation nennt 32 Geräte ohne Repeater als grundsätzlich unterstützte Basis. Moderne Transceiver mit geringerer Unit Load ermöglichen größere Teilnehmerzahlen.

Warum können die DMB-Module bis zu 247 Teilnehmer unterstützen?

ICS gibt für entsprechende DRAGO-Module eine 1/8-Load-RS485-Schnittstelle an. Dadurch können laut Produktspezifikation bis zu 247 dieser Geräte in einem Segment betrieben werden.

Müssen alle Geräte dieselbe Baudrate besitzen?

Ja. Master und alle Slaves eines Segments müssen mit zueinander passenden Kommunikationsparametern arbeiten.

Muss die Parität ebenfalls identisch sein?

Ja. Eine unterschiedliche Parität führt dazu, dass Telegramme nicht korrekt ausgewertet werden.

Was bedeutet 9600 8E1?

Das bedeutet 9600 Baud, 8 Datenbits, gerade Parität und 1 Stoppbit.

Warum antwortet mein Modbus-Teilnehmer nicht?

Häufige Ursachen sind falsche Adresse, Baudrate, Parität, vertauschte Datenleitungen, fehlende Versorgung oder fehlerhafte Busverdrahtung.

Warum funktioniert Modbus nur, wenn der Frequenzumrichter stillsteht?

Das deutet auf eine EMV-Störung hin. Leitungsführung, Abstand zu Motorleitungen, Schirmung und Potentialausgleich sollten geprüft werden.

Warum bekomme ich viele CRC-Fehler?

Mögliche Ursachen sind Signalreflexionen, EMV-Störungen, Buskollisionen, schlechte Kontakte oder eine ungeeignete Topologie.

Was ist ein CRC-Fehler?

Modbus RTU verwendet eine CRC-Prüfsumme zur Erkennung beschädigter Telegramme. Stimmt die empfangene Prüfsumme nicht, wird das Telegramm verworfen.

Kann ein falsches Register einen Timeout verursachen?

Je nach Gerät kann eine ungültige Anfrage eine Modbus-Exception auslösen. Ein vollständiger Timeout deutet jedoch häufig eher darauf hin, dass überhaupt keine gültige Antwort empfangen wurde.

Warum ist der ausgelesene Modbus-Wert falsch, obwohl die Kommunikation funktioniert?

Dann sollten Registeradresse, Datentyp, Byte-Reihenfolge, Skalierungsfaktor und Funktionscode geprüft werden.

Was ist der Vorteil des DMB 96000?

Das DMB 96000 speist 24-V-Versorgung und Modbus RTU in das In-Rail-Bus-System ein und besitzt zuschaltbare Abschluss- und Polarisationswiderstände.

Wo finde ich das DMB 96000 bei ICS Schneider?

Weitere Informationen finden Sie unter Modbus RTU Anschlussmodul DMB 96000 bei ICS Schneider.

Welche digitalen Modbus-I/O-Module bietet ICS an?

Ein Beispiel ist das DMB 96700 4-Kanal DI/DO Modul.

Gibt es auch analoge Modbus-I/O-Module?

Ja. Beispielsweise stehen das DMB 96400 mit analogen Ein- und Ausgängen sowie das DMB 96100 für Normsignale zur Verfügung.

Wo finde ich weitere Modbus-I/O-Produkte?

Eine Übersicht finden Sie unter Modbus I/O bei ICS Schneider.