Modbus RTU vs Modbus TCP/IP: Panduan Perbandingan Komprehensif

Pendahuluan

Modbus adalah protokol komunikasi yang banyak digunakan dalam otomasi industri dan sistem kontrol. Ini menyediakan komunikasi klien/server antara perangkat industri seperti PLC, modul I/O, penggerak motor, sensor, Router Seluler Industri, dan aktuator.

Ada dua varian Modbus yang populer digunakan dalam jaringan industri – Modbus RTU dan Modbus TCP/IP. Kedua protokol ini digunakan untuk membangun komunikasi master-slave antar perangkat industri.

Modbus RTU menggunakan komunikasi serial melalui antarmuka RS-485 atau RS-232. Ini mentransfer data dalam format biner. Modbus TCP/IP menggunakan jaringan Ethernet dan tumpukan protokol TCP/IP untuk komunikasi Klien/Server. Ini mengkodekan data dalam format ASCII.

Dalam panduan komprehensif ini, kita akan mendalami protokol Modbus RTU dan Modbus TCP/IP, fungsi, manfaat, batasan, dan aplikasinya. Kami juga akan melakukan analisis komparatif terhadap kedua protokol untuk memahami kapan harus menggunakan Modbus RTU dan kapan harus mengadopsi Modbus TCP/IP.

Modbus RTU vs Modbus TCP/IP: Topologi Jaringan

Modbus RTU

Modbus RTU (Remote Terminal Unit) menggunakan standar komunikasi serial RS-485 untuk komunikasi Master-Slave. Data biner ditransfer secara serial antar perangkat Modbus di jaringan.

Bagaimana itu bekerja

  • Modbus RTU menggunakan arsitektur master-slave dimana satu perangkat beroperasi sebagai master dan perangkat lainnya sebagai budak.
  • Perangkat master memulai dan mengontrol semua komunikasi dengan mengirimkan pesan perintah dan menerima pesan respons.
  • Perangkat budak hanya merespons dengan menyediakan data yang diminta atau mengambil tindakan seperti yang diperintahkan oleh master.
  • Antarmuka serial RS-485 digunakan untuk mentransfer data antar perangkat Modbus RTU. RS-485 memungkinkan beberapa perangkat budak terhubung ke satu master di jaringan yang sama.
  • Data ditransfer antar perangkat Modbus dalam format biner. Setiap byte berisi dua karakter heksadesimal menggunakan nilai 0-9 dan A-F.
  • Pesan Modbus RTU telah menentukan struktur data yang harus diikuti oleh master dan slave.
  • Pemeriksaan kesalahan Cyclic Redundancy Check (CRC) digunakan untuk mendeteksi kesalahan komunikasi.

fitur dan keuntungan

Beberapa fitur dan manfaat utama protokol Modbus RTU adalah:

  • Arsitektur Master-Slave – Memungkinkan kontrol terpusat oleh perangkat master. Perangkat budak tidak dapat berkomunikasi secara langsung.
  • Komunikasi Serial RS-485 – Memungkinkan beberapa perangkat budak terhubung ke satu master dalam konfigurasi multi-drop dalam jarak jauh.
  • Transfer Data Biner – Ukuran pesan lebih kecil dari ASCII, transfer data cepat dengan throughput tinggi.
  • Struktur Data Standar – Mudah diimplementasikan dan didekode pada perangkat budak menggunakan logika firmware sederhana.
  • Pemeriksaan Kesalahan CRC – Memastikan integritas transfer data antara master dan slave.
  • Adopsi Industri Luas – Digunakan di berbagai industri seperti manufaktur, utilitas, otomasi bangunan, dll. Operasi yang andal.

Keterbatasan

Terlepas dari kelebihannya, Modbus RTU juga hadir dengan keterbatasan berikut:

  • Single Master – Hanya satu perangkat master yang dapat ada di jaringan. Redundansi membutuhkan pemrograman yang rumit.
  • Panjang Kabel Terbatas – Kabel RS-485 dibatasi sekitar 1000 meter. Di luar ini terjadi degradasi sinyal.
  • Tidak Ada Dukungan Jaringan IP – Modbus RTU tidak mendukung jaringan TCP/IP dan konektivitas internet secara asli.
  • Model Data Tetap – Ukuran PDU terbatas dan jumlah tipe data yang didukung sesuai spesifikasi Modbus.
  • Pengalamatan Manual – Alamat budak harus diatur secara manual pada setiap perangkat budak Modbus RTU.
Modbus RTU vs Modbus TCP/IP: Perangkat Keras Komunikasi

Modbus TCP/IP

Modbus TCP/IP menggunakan jaringan Ethernet dan TCP/IP untuk implementasi protokol Modbus melalui jaringan IP. Data dikodekan dalam format ASCII dan dikirimkan melalui TCP/IP.

Bagaimana itu bekerja

  • Modbus TCP/IP menggunakan jaringan TCP/IP dan Ethernet standar untuk komunikasi Master-Slave.
  • Perangkat Master menggunakan perangkat lunak klien TCP/IP dan perangkat budak memiliki perangkat lunak server TCP/IP.
  • Alih-alih RS-485, adaptor atau sakelar Ethernet menghubungkan perangkat Modbus TCP/IP.
  • Pesan Permintaan/Respon Modbus dienkapsulasi menggunakan header Protokol Aplikasi Modbus.
  • Data dikodekan dalam format ASCII dan dikirimkan menggunakan protokol TCP/IP standar.
  • Mekanisme TCP/IP seperti port menyediakan pemeriksaan kesalahan dan konfirmasi pengiriman.
  • Pengalamatan IP secara unik mengidentifikasi setiap perangkat Modbus di jaringan.

fitur dan keuntungan

Keuntungan utama yang ditawarkan oleh Modbus TCP/IP meliputi:

  • Kompatibel dengan Ethernet Standar – Memungkinkan integrasi dengan jaringan Ethernet yang ada.
  • Tumpukan Protokol TCP/IP – Memungkinkan konektivitas seperti internet dan kemampuan web.
  • Komunikasi Jarak Jauh – Kabel Ethernet memungkinkan jaringan Modbus jarak jauh melalui LAN dan WAN.
  • Identifikasi Berbasis Alamat IP – Setiap perangkat Modbus memiliki alamat IP unik untuk pengalamatan.
  • Pengkodean Data ASCII – ASCII bersifat deskriptif dan dapat dibaca manusia. Proses debug lebih mudah.
  • Akses dan Kontrol Berbasis Web – TCP/IP memungkinkan pemantauan jaringan Modbus berbasis web dari jarak jauh.
  • Ramah Firewall – Port TCP 502 yang digunakan oleh Modbus TCP biasanya terbuka di firewall industri.

Keterbatasan

Beberapa kelemahan menggunakan Modbus TCP/IP adalah:

  • Overhead TCP/IP – Menerapkan tumpukan TCP/IP penuh memerlukan lebih banyak sumber daya pada perangkat budak.
  • Peningkatan Frame Overhead – Pengkodean ASCII meningkatkan ukuran pesan, mengurangi throughput.
  • Transmisi Ulang TCP – TCP mencoba lagi untuk memastikan pengiriman tetapi dapat menyebabkan penundaan dalam respons Modbus.
  • Kemacetan di Jaringan Sibuk – Kemacetan Ethernet Industri dapat mempengaruhi kinerja Modbus TCP.
  • Risiko Keamanan – TCP/IP membuat sistem Modbus terkena serangan siber karena Ethernet dapat diakses melalui WAN.

Perbandingan Modbus RTU dan Modbus TCP/IP

Kami sekarang akan melakukan analisis komparatif antara Modbus RTU dan Modbus TCP/IP di berbagai parameter:

Ciri Modbus RTU Modbus TCP/IP
Topologi Jaringan Rantai bus/daisy linier Bintang, pohon, atau jaring
Media Fisik Kabel serial RS-485 Kabel Ethernet CAT5e/CAT6
Transfer data Biner ASCII
Mengatasi pengalamatan budak 8-bit Pengalamatan IP 32-bit
Penanganan Kesalahan Pemeriksaan CRC Pemeriksaan kesalahan TCP dan konfirmasi pengiriman
Keamanan Terisolasi dengan risiko minimal Rentan terhadap serangan jaringan

catatan tambahan

  • Modbus RTU lebih sederhana untuk diimplementasikan dan lebih murah dibandingkan Modbus TCP/IP.
  • Modbus TCP/IP lebih fleksibel dan terukur, serta dapat digunakan melalui jaringan Ethernet yang ada.
  • Modbus TCP/IP lebih cepat daripada Modbus RTU, namun memiliki latensi lebih tinggi karena overhead TCP/IP.
  • Modbus TCP/IP memerlukan pertimbangan keamanan lebih dari Modbus RTU.
Modbus RTU vs Modbus TCP/IP: Pengkodean Data

Kapan menggunakan Modbus RTU

Modbus RTU cocok untuk jenis aplikasi berikut:

  • Jaringan Modbus yang lebih kecil dengan hingga 32 perangkat budak
  • Komunikasi jarak pendek di dalam pabrik atau lokasi pabrik
  • Konektivitas Modbus untuk perangkat dan aplikasi serial lama
  • Kontrol jaringan yang memerlukan transfer data biner berkecepatan tinggi
  • Isolasi jaringan logis diperlukan untuk alasan keamanan
  • Sistem Modbus yang digabungkan secara erat tanpa persyaratan akses jarak jauh
  • Aplikasi yang sensitif terhadap anggaran karena biaya infrastruktur serial yang lebih rendah

Kapan menggunakan Modbus TCP/IP

Modbus TCP/IP adalah solusi pilihan ketika:

  • Integrasi dengan jaringan Ethernet yang ada diperlukan
  • Konektivitas Modbus melalui jarak lokal dan global
  • Diperlukan kemampuan pemantauan dan pengendalian jarak jauh berbasis web
  • Interoperasi dengan banyak master dan budak Modbus
  • Perluasan di masa depan untuk sejumlah besar perangkat telah direncanakan
  • Sejarawan data dan perangkat lunak waktu nyata memerlukan konektivitas IP
  • Sistem Pengendalian Pengawasan dan Akuisisi Data Terpusat (SCADA).
  • Kepatuhan terhadap peraturan memerlukan langkah-langkah keamanan siber seperti VPN

Pilihan terbaik untuk aplikasi Anda akan bergantung pada kebutuhan spesifik Anda. Jika Anda memerlukan solusi sederhana dan hemat biaya untuk jaringan kecil, Modbus RTU mungkin merupakan pilihan yang baik. Jika Anda memerlukan solusi yang lebih fleksibel dan terukur untuk jaringan yang lebih besar, Modbus TCP/IP mungkin merupakan pilihan yang lebih baik.

Studi kasus

Pabrik Manufaktur Bermigrasi dari Modbus RTU ke Modbus TCP

Produsen suku cadang mobil besar memiliki sistem produksi yang menggunakan PLC dan penggerak motor yang saling terhubung melalui jaringan Modbus RTU. Ketika produksinya meningkat, mereka perlu memperluas sistemnya dengan menambahkan PLC, stasiun HMI, dan drive baru. Namun pemasangan kabel RS-485 yang panjang dari lantai pabrik ke ruang kendali menjadi rumit dan rawan kesalahan.

Mereka memutuskan untuk bermigrasi ke Modbus TCP/IP sehingga bagian baru dapat berjaringan melalui kabel Ethernet CAT6. Jaringan RS-485 yang ada dipertahankan untuk kompatibilitas lama. Perangkat gateway Modbus dipasang untuk merutekan data antara PLC RS-485 lama dan jaringan TCP/IP baru. Hal ini memberikan solusi peningkatan yang terukur tanpa mengganggu operasi saat ini.

Utilitas Daya Mengimplementasikan Modbus TCP/IP SCADA yang Dikeraskan

Sebuah perusahaan utilitas listrik ingin memodernisasi sistem Modbus RTU SCADA lama mereka untuk jaringan tegangan menengah. Mereka membutuhkan solusi yang aman dan andal untuk mengelola aset lapangan mereka seperti gardu induk, stasiun pengumpan, dan perangkat otomasi distribusi. Modbus TCP/IP melalui jaringan Ethernet pribadi dipilih sebagai protokol komunikasi.

Keamanan siber merupakan persyaratan utama untuk sistem SCADA yang baru. Utilitas ini bekerja dengan integrator sistem untuk menerapkan langkah-langkah keamanan seperti terowongan VPN antar gardu induk, sakelar Ethernet yang dikelola, firewall, dan kontrol akses berbasis peran. Jaringan Modbus TCP/IP yang diperkuat memberikan pemantauan dan kontrol ketersediaan tinggi dengan perlindungan terhadap intrusi dunia maya jarak jauh.

FAQs

Apa perbedaan antara Modbus RTU dan Modbus TCP/IP?

Perbedaan utamanya adalah:

  • Modbus RTU menggunakan komunikasi serial RS-485 sedangkan Modbus TCP menggunakan jaringan Ethernet TCP/IP
  • Modbus RTU memiliki arsitektur master-slave sedangkan Modbus TCP memungkinkan beberapa master dan slave secara bersamaan
  • Modbus RTU mentransfer data biner sementara Modbus TCP menggunakan pengkodean ASCII
  • Modbus RTU menggunakan pemeriksaan kesalahan CRC dan Modbus TCP mengandalkan TCP untuk konfirmasi pengiriman

Protokol mana yang lebih baik, Modbus RTU atau Modbus TCP/IP?

Tidak ada pemenang yang jelas. Modbus RTU lebih baik untuk koneksi serial pendek tanpa akses jarak jauh. Modbus TCP/IP lebih baik untuk menghubungkan jarak lokal dan global dan untuk pemantauan berbasis web. Pilihannya tergantung pada persyaratan aplikasi.

Bagaimana cara memilih antara Modbus RTU dan Modbus TCP/IP?

Pertimbangkan faktor-faktor seperti jarak jaringan yang diperlukan, jumlah perangkat, kecepatan komunikasi, kebutuhan keamanan siber, kompatibilitas lama, kendala biaya, dan kemampuan perluasan di masa depan. Untuk jaringan baru yang kecil dan mandiri, Modbus RTU mungkin cukup. Untuk implementasi multi-lokasi yang besar, Modbus TCP/IP lebih disukai.

Bisakah saya menggunakan Modbus RTU dan Modbus TCP/IP di jaringan yang sama?

Ya, dimungkinkan untuk menggunakan gateway Modbus yang menerjemahkan antara protokol Modbus RTU dan Modbus TCP. Hal ini memungkinkan migrasi bertahap dari jaringan berbasis serial ke Ethernet.

Kesimpulan

Modbus RTU dan Modbus TCP/IP keduanya merupakan protokol komunikasi industri yang memiliki kekuatan dan kelemahan yang saling melengkapi. Modbus RTU menyediakan konektivitas Modbus biner berkecepatan tinggi melalui jaringan serial yang hemat biaya. Modbus TCP/IP memungkinkan integrasi dengan sistem TI perusahaan dan kemampuan akses jarak jauh berbasis internet.

Memahami perbedaan utama dalam implementasi, kinerja, dan keamanan membantu dalam memilih protokol yang sesuai. Untuk jaringan serial yang ada, Modbus RTU mungkin memadai. Untuk penerapan baru dalam skala besar, fleksibilitas dan kemampuan perluasan Modbus TCP akan bermanfaat. Jaringan hibrid yang menggunakan gateway Modbus menyediakan jalur migrasi yang memanfaatkan keunggulan kedua teknologi tersebut.