Lernfeld 9 · Prüfung Teil 2

Datenaustausch mit Modbus, MQTT und OPC UA

Datenaustausch industrieller Software mit Modbus, MQTT, OPC UA und JSON: Funktionscodes, Topics, QoS und Datenformate.

11 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Industrielle Software tauscht Daten über Protokolle aus. Modbus ist einfach und weit verbreitet: Ein Master bzw. Client liest und schreibt Bits (Coils) und 16-Bit-Register über Funktionscodes, etwa 03 zum Lesen von Halteregistern. Modbus RTU läuft über RS-485, Modbus TCP über Ethernet auf Port 502. Größere Werte verteilen sich auf zwei Register; Wortreihenfolge, Datentyp und Skalierung stehen in der Registerliste des Geräts.

MQTT arbeitet nach dem Publish/Subscribe-Prinzip über einen Broker. Geräte veröffentlichen Nachrichten zu Topics, Empfänger abonnieren sie; „+“ ersetzt eine Ebene, „#“ beliebig viele. Der QoS-Level legt fest, ob eine Nachricht höchstens, mindestens oder genau einmal ankommt. Nutzdaten werden oft als JSON übertragen.

OPC UA beschreibt Daten mit einem Informationsmodell aus Namen, Datentypen, Einheiten und Struktur und bringt Zertifikate, Benutzeranmeldung und Verschlüsselung mit. In bestehenden Anlagen bleibt Modbus oft auf der Feldebene, und ein Gateway gibt die Daten per OPC UA oder MQTT weiter.

Das solltest du dir merken

Modbus kennt nur 16-Bit-Register, größere Werte brauchen zwei.
MQTT verbindet Sender und Empfänger über einen Broker.
OPC UA liefert Daten mit Bedeutung und eingebauter Sicherheit.
Unsinnige Werte bei fehlerfreier Verbindung deuten auf Datentyp oder Wortreihenfolge.

Formeln

Vorzeichenbehafteter 16-Bit-Wert: $x = {N N - 65536 N < 32768 N \geq 32768$

Typische Fehler in der Prüfung

Die Wortreihenfolge zweier Register nicht beachtet.
Einen negativen Wert als große positive Zahl gelesen.
Den MQTT-Platzhalter „#“ in der Mitte eines Topics verwendet.

Tipps aus der Werkstatt

Unsinnige Werte über Modbus bei fehlerfreier Kommunikation? Fast immer Wortreihenfolge, Datentyp oder Skalierung. Lies die Registerliste genau: Welches Register ist das höherwertige Wort, und ist der Wert vorzeichenbehaftet?

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

11 Aufgaben zu „Datenaustausch mit Modbus, MQTT und OPC UA“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Informations- und Systemtechnik, Lernfeld 9; IEC 62541 sinngemäß. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.