Modbus 네트워크의 핵심
Modbus는 산업 자동화에서 가장 널리 사용되는 통신 프로토콜 중 하나로, 다양한 장치 간 데이터 교환을 가능하게 합니다. 특히 PLC, HMI, 센서와 같은 장치들이 하나의 네트워크에서 서로 정보를 주고받도록 돕습니다. 이를 이해하려면 Modbus 네트워크의 기본 구조와 각 구성 요소를 살펴보는 것이 중요합니다.
1. 마스터와 슬레이브: 네트워크의 주요 구성원
Modbus 네트워크는 마스터-슬레이브 아키텍처를 기반으로 작동합니다. 이는 통신의 흐름을 단순화하고, 네트워크 내 장치 간의 명확한 역할 분담을 제공합니다.
마스터(Master)
- 네트워크 통신을 주도하는 장치입니다.
- 데이터를 요청하거나 명령을 보냅니다.
- 네트워크에서 단일 마스터만 존재하며, 슬레이브로부터 필요한 데이터를 수집하거나 특정 작업을 지시합니다.
- 일반적으로 HMI 또는 SCADA 시스템이 마스터 역할을 수행합니다.
슬레이브(Slave)
- 마스터의 요청에 응답하는 장치입니다.
- 데이터를 제공하거나 명령을 실행합니다.
- 여러 슬레이브 장치가 하나의 네트워크에 존재할 수 있으며, 각 슬레이브는 고유 주소를 가집니다.
- 센서, 액추에이터, PLC 등이 슬레이브 역할을 합니다.
질문: "슬레이브가 자체적으로 데이터를 보낼 수는 없나요?"
Modbus 네트워크에서 슬레이브는 마스터의 요청에만 응답하며, 주도적으로 데이터를 전송할 수는 없습니다.
2. 데이터 프레임: Modbus 통신의 기본 단위
Modbus에서 데이터를 교환할 때, 모든 통신은 데이터 프레임이라는 구조로 이루어집니다. 데이터 프레임은 명령 및 데이터를 효율적으로 전달하기 위한 규격화된 형식입니다.
데이터 프레임의 주요 구성 요소
- 주소(Address)
- 데이터가 전송될 슬레이브 장치를 식별합니다.
- 1~247 범위의 주소를 사용하며, 0은 브로드캐스트 용도로 예약되어 있습니다.
- 기능 코드(Function Code)
- 마스터가 슬레이브에 요청하는 작업 유형을 정의합니다.
- 예를 들어, 데이터를 읽거나 쓰는 명령이 있습니다.
- 주요 기능 코드:
- 0x03: 홀딩 레지스터 읽기
- 0x06: 단일 레지스터 쓰기
- 0x10: 다중 레지스터 쓰기
- 데이터(Data)
- 실제 요청 또는 응답 데이터를 포함합니다.
- 요청 시, 슬레이브가 수행해야 할 작업의 세부 정보를 제공합니다.
- 응답 시, 요청된 데이터나 명령 실행 결과를 반환합니다.
- 오류 검출 코드(Checksum)
- 데이터 전송 중 발생할 수 있는 오류를 감지합니다.
- Modbus RTU에서는 CRC(Cyclic Redundancy Check), Modbus ASCII에서는 LRC(Longitudinal Redundancy Check)를 사용합니다.
질문: "Modbus RTU에서 오류 검출이 어떻게 이루어지나요?"
CRC 알고리즘을 사용하여 전송된 데이터가 손상되지 않았는지 확인합니다. 수신 측에서 동일한 계산을 수행해 비교합니다.
3. Modbus RTU와 TCP의 네트워크 토폴로지
Modbus는 물리적 및 논리적 연결 방식에 따라 두 가지 주요 변종인 RTU와 TCP로 나뉩니다. 각 방식의 네트워크 구성은 아래와 같습니다:
Modbus RTU
- 물리적 연결: RS-485 또는 RS-232 직렬 통신 방식을 사용합니다.
- 토폴로지:
- RTU는 Daisy Chain(데이지 체인) 형태로 구성되며, 여러 슬레이브 장치를 직렬로 연결합니다.
- RS-485 기반 네트워크는 최대 32개의 장치(확장 시 256개까지)를 지원합니다.
- 특징: 데이터 전송 효율이 높고, 긴 거리(최대 1.2km)에서도 안정적인 통신을 제공합니다.
Modbus TCP
- 물리적 연결: Ethernet(TCP/IP)을 기반으로 작동합니다.
- 토폴로지:
- 일반적인 Ethernet 네트워크 구조(스타, 트리 등)를 따릅니다.
- IP 주소와 포트 번호를 사용하여 장치를 식별합니다.
- 특징:
- 빠른 데이터 전송 속도와 더 많은 장치 연결을 지원합니다.
- 현대적인 네트워크 통합과 원격 모니터링에 적합합니다.
질문: "RTU와 TCP 중 어떤 방식을 선택해야 하나요?"
이전 게시물에 언급한 것과 같이, RTU는 간단한 네트워크와 저비용 설치에 적합하며, TCP는 더 복잡한 네트워크와 고속 데이터 통신이 필요한 환경에 이상적입니다.