MODBUS 프로토콜

# Updated : 2026.01.03 (Gemini3)

1. Concept (개요)

• 정의: PLC(Programmable Logic Controller) 간 통신을 위해 개발된 마스터-슬레이브(Master-Slave) 구조의 응용 계층(Layer 7) 메시징 프로토콜입니다.
• 배경/필요성:
  • Problem: 산업 현장의 다양한 제조사 기기 간 상호 운용성 부족 및 고비용의 전용 통신망 필요.
  • Solution: 공개 표준화를 통해 단순하면서도 신뢰성 있는 데이터 교환 체계 구축 (사실상 산업용 표준).
• 핵심 컨셉: "Query & Response". 마스터가 요청하고 슬레이브가 응답하는 단순 명료한 데이터 교환 방식입니다.

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2. Rule & Feature (특징)

• 주요 특징:
  • Vendor Agnostic: 특정 하드웨어에 종속되지 않는 개방형 프로토콜.
  • Address 기반 관리: 코일(Coil), 레지스터(Register) 등 데이터 주소 번호를 통한 직관적 제어.
• 메커니즘:
  • ADU(Application Data Unit): 통신 매체(Serial/TCP)에 따른 헤더를 포함한 전체 패킷.
  • PDU(Protocol Data Unit): 실제 데이터인 Function Code와 Data를 포함한 핵심 단위.
• 기술적 특성:
  • 신뢰성: CRC(Cyclic Redundancy Check) 또는 LRC를 통한 오류 검출.
  • 단순성: 오버헤드가 적어 저성능 MCU에서도 원활하게 동작.

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3. Elements (구성요소)

• 아키텍처 및 계층 구조
  • 물리 계층: RS-232, RS-485(Serial) 또는 Ethernet(TCP/IP).
  • 데이터 모델:
    • Discrete Inputs: 1bit, Read-Only (디지털 입력).
    • Coils: 1bit, Read-Write (디지털 출력/상태 제어).
    • Input Registers: 16bit, Read-Only (아날로그 입력).
    • Holding Registers: 16bit, Read-Write (설정값/파라미터).
• 핵심 기술 요소

구분	MODBUS RTU (Serial)	MODBUS TCP (Ethernet)
전송 방식	Binary (이진 데이터)	TCP/IP 기반 패킷
에러 체크	CRC (16-bit)	TCP Checksum 사용
식별자	Slave ID (1~247)	Unit ID (IP 주소로 구분)
구조	PDU + CRC	MBAP Header + PDU

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4. Analysis & Comparison (비교 및 차이점)

• 유사 도메인 비교: MODBUS vs CAN Bus
  • MODBUS: 마스터 기반의 폴링(Polling) 방식. 구축이 쉽고 범용적이나 실시간성(Real-time) 확보에 한계가 있음.
  • CAN Bus: 멀티 마스터 기반의 이벤트 방식. 자동차/항공 등 고신뢰성 및 실시간 데이터 전송에 특화.
• 장단점 및 Trade-off
  • 장점: 구현 비용이 매우 저렴하며, 거의 모든 산업용 Gateway에서 기본 지원함.
  • 단점/리스크: 보안 취약성. 기본적으로 암호화나 인증 메커니즘이 없어 스니핑(Sniffing) 및 변조에 매우 취약함.

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5. Transfer & Usage (적용사례 및 활용방안)

• 현업 적용 사례:
  • 스마트 팩토리: 센서 데이터(온도, 습도) 수집 및 모터 제어.
  • BMS(빌딩 관리 시스템): 전력량계 모니터링 및 조명 제어 시스템 연동.
• 활용 시나리오: 레거시(Legacy) 장비를 클라우드로 연결할 때, MODBUS-to-MQTT Gateway를 사용하여 데이터를 가공하고 상위 플랫폼으로 전송.
• 기술사적 제언 (고득점 포인트):
  1. Security 강화: 최근 보안 위협 증가에 따라 MODBUS/TCP Security(TLS 적용) 도입 검토 필수.
  2. Edge Computing 연계: 데이터 폭증 대응을 위해 엣지 단에서 MODBUS 데이터를 전처리하여 대역폭 최적화 필요.
  3. Governance: 비표준 Function Code 사용 자제 및 주소 맵(Address Map)의 문서화를 통한 유지보수 가시성 확보.