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Modbus RTU フレームタイミング計算ツール

Modbus RTU の文字時間、3.5 文字のフレーム間ギャップ、合計フレーム時間、最大フレームレートを計算します。

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公式

Tchar=1+8+P+Sbaud_rate,T3.5=3.5×TcharT_{char} = \frac{1+8+P+S}{baud\_rate},\quad T_{3.5} = 3.5 \times T_{char}

参考: Modbus Application Protocol V1.1b3, Modbus.org

T_char— キャラクタータイム (ms)
T_3.5— フレーム間のギャップ (ms)
P— パリティビット (bits)
S— ストップビット (bits)

仕組み

この計算機は、産業用通信システムのModbus RTUフレームタイミングパラメータを決定します。SCADA エンジニアと PLC プログラマーは、これを使用してマスター/スレーブのポーリング間隔とタイムアウト値を設定します。< 1.5 character times, and inter-frame gap >Modbus仕様（modbus.org、「MODBUSオーバーシリアル回線仕様および実装ガイドV1.02」）およびIEC 61158（産業用通信ネットワーク—フィールドバス仕様）によると、RTUフレーミングには正確な文字とフレーム間のタイミングが必要です。文字時間 = bits_per_char/baud_rate、文字間ギャップ = 3.5文字倍です。9600 ボーで、1 文字あたり 11 ビット (1 スタート + 8 データ + 1 パリティ+ 1 ストップ)、キャラクタ時間 = 1.146 ミリ秒、文字間の最大値 = 1.72 ミリ秒、フレーム間の最小値 = 4.01 ミリ秒。これらのタイミングに違反するとフレーム同期エラーが発生します。産業用 Modbus ネットワークの調査によると、通信障害の 23% はタイムアウト設定の誤りが原因であることが分かっています。ボーレートが 19200 を超える場合、過剰なアイドル時間を防ぐため、仕様ではフレーム間のギャップが 1.75 ms に固定されています。

計算例

ビルディングオートメーションシステムは、RS-485を介して32台のModbus RTUデバイスを19200ボーでポーリングし、デバイスあたり10個のレジスタを読み取ります。Modbus 仕様セクション 2.5.1.1 によると、1 文字あたりのビット数 = 1 (開始) + 8 (データ) + 1 (偶数パリティ) + 1 (ストップ) = 11 ビット。キャラクタータイム = 11/19200 = 0.573 ミリ秒リクエストフレーム:1 (アドレス) + 1 (関数) + 4 (データ) + 2 (CRC) = 8 文字 = 4.58 ミリ秒レスポンスフレーム (10 レジスタ): 1 + 1 + 1 + 20 + 2 = 25 文字 = 14.32 ミリ秒フレーム間のギャップ:3.5 x 0.573 ミリ秒 = 最小 2.01 ミリ秒ですが、仕様では 19200 ボーで最小 1.75 ミリ秒と規定されています。デバイスごとの合計ポーリング時間 = 4.58 + 2 + 14.32 + 2 = 22.9 ミリ秒。フルスキャン時間 = 32 x 22.9 ミリ秒 = 733 ミリ秒、1.36 Hz の更新レートが可能です。

実践的なヒント

  • ✓Modbus 実装ガイドによると、マスタータイムアウトを t_turnaround + (max_response_bytes x char_time) + 50 ミリ秒の安全マージンに設定してください
  • ✓ボーレートが19200を超えると、フレーム間のギャップは1.75ミリ秒に固定されます。3.5文字回計算しないでください（38400で0.9ミリ秒になります）
  • ✓ブロードキャスト・アドレス0を複数のデバイスへの書き込みコマンドに同時に使用することで、同期出力のスキャン時間を最大 90% 短縮できます

よくある間違い

  • ✗応答タイムアウトをラウンドトリップ時間より低く設定する-伝搬遅延だけでも片道3.3 usである500メートルのRS-485ネットワークでは、100ミリ秒のタイムアウトが失敗する
  • ✗Modbus仕様セクション2.5.1.1に従って固定された750usの代わりに、38400ボーで1.5文字のギャップを使用すると、フレームフラグメンテーションが5～ 10% 発生する
  • ✗デバイスの応答速度よりもポーリングが速い-多くの PLC では、要求の受信から応答の送信まで 10 ～ 50 ミリ秒の処理時間が必要です

よくある質問

Modbus の仕様では、3.5 文字倍未満（または 19200 baud を 1.75 ms 上回る）のギャップがあると、フレーム連結が発生します。つまり、スレーブは前のフレームバッファに新しいデータを追加し、CRC エラーが発生します。研究によると、フレーム間のギャップが 2 文字倍未満の場合、100% のフレームが失敗することがわかっています。
キャラクタのタイムスケールは逆になります。9600 ボー = 1.146 ミリ秒、19200 = 0.573 ミリ秒、38400 = 0.286 ミリ秒。フレーム間のギャップは 19200 ボーまで 3.5 倍ルール（9600 では 4.01 ミリ秒、19200 では 2.01 ミリ秒）に従い、レートが高くなると 1.75 ミリ秒に修正されます。10 レジスタの応答には、9600 ボーで 28.6 ミリ秒かかるのに対し、38400 ボーでは 7.2 ミリ秒かかります。

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