Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회논문지)

The Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회)
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A Design of A Modbus Application Protocol for Multiple SCU Connections

다중 제어 장치 연결을 위한 Modbus 응용 Protocol 설계

  • Song, Jeong-Ho (Division of Computer Engineering, Kongju National University) ;
  • Kim, Bo-Hun (Division of Computer Engineering, Kongju National University) ;
  • Kim, Hwang-Rae (Division of Computer Engineering, Kongju National University)
  • 송정호 (공주대학교 컴퓨터공학부) ;
  • 김보헌 (공주대학교 컴퓨터공학부) ;
  • 김황래 (공주대학교 컴퓨터공학부)
  • Received : 2018.01.24
  • Accepted : 2018.04.06
  • Published : 2018.04.30
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Abstract

The Modbus protocol is the most widely used protocol for connecting multiple slave control units (SCUs) in the master control unit. However, the Modbus protocol does not identify which SCU response message corresponds to the service request message. Therefore, when using the Modbus protocol, one service request message can be transmitted after processing the previous message. In this paper, we propose a Modbus application protocol with an index code and a service code to solve the problem. As a result of experimentation, it is possible to transmit the next service request message without processing the previous service request message. And when a communications error occurs, it is possible to identify what type of error occurred using an error detection algorithm. Also, with simultaneous multiple service requests, the proposed protocol can improve processing time by about 66.2%, compared to the original Modbus protocol.

Modbus 프로토콜은 하나의 마스터 제어 유닛에 여러 대의 슬레이브 제어 유닛을 연결할 경우 가장 널리 사용되는 프로토콜이다. 그러나 Modbus 프로토콜에서는 SCU의 상태 값을 읽는 서로 다른 서비스 요청 메시지에 대해 결과 값만을 응답하기 때문에 어떤 전송 메시지에 대한 응답인지 식별할 수 없었다. 따라서 MCU 프로그램 작성 시 하나의 서비스 요청 메시지를 전송하고 이를 처리한 후에 다음 메시지를 전송하도록 프로그램을 작성하였다. 본 논문에서는 위 문제를 해결하기 위해 메시지의 전송 순서를 확인할 수 있는 Index 코드 및 응답한 메시지의 서비스 유형을 판단하기 위한 Service 코드를 추가한 Modbus 응용 프로토콜을 설계하고 이를 제안하였다. 실험 결과, MCU에서 전송한 서비스 요청 메시지에 대한 처리가 완료되지 않은 상태에서 다음 서비스 요청 메시지의 전송이 가능하였으며, 통신 에러 발생 시 에러 검색 알고리즘을 이용해 어떤 종류의 에러가 발생했는지 식별할 수 있었다. 또한, 다중의 동시적인 서비스 요청의 경우에 전송 메시지들의 처리시간이 기존의 Modbus 프로토콜보다 약 66.2% 향상되었다.

Keywords

References

  1. Soo Jeong, Jong Jin Lee, Won Ki Jung, "A Indoor Management System using Raspberry Pi," Journal of the KAIS, vol. 17, no. 9, pp. 745-752, 2016. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2016.17.9.745
  2. Martin Wollschlaeger, Thilo Sauter, Juergen Jasperneite, "The Future of Industrial Communication: Automation Networks in the Era of the Internet of Things and Industry 4.0," IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 11, no. 1, pp. 17-27, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/MIE.2017.2649104
  3. DaeHeon Park, "A Study on Integrated Operation Systems of Plant Factory based on Internet of Things," Ph.D Thesis, SunChon University, 2015.
  4. Bo-Hun Kim, "A Design and Implementation of PC-based Control System for Efficiency Improvement of Industrial Equipments," Ph.D Thesis, KongJu University, 2017.
  5. Jeyasingam Nivethan, Mauricio Papa, "A SCADA Intrusion Detection Framework that Incorporates Process Semantics," ACM CISRC '16 Proceedings of the 11th Annual Cyber and Information Security Research Conference, 2015.
  6. Sungmo Jung, Jae-gu Song, Taihoon Kim, Yohwan So, Seoksoo Kim, "Design of Idle-time Measurement System for Data Spoofing Detection," Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, vol. 11, no. 1, pp. 151-158, 2010. DOI: http://doi.org/10.5762/KAIS.2010.11.1.151
  7. Saptarshi Naskar, Krishnendu Basuli, Samar Sen Sarma, "ASerial port data communication using Modbus protocol," Journal of ACM Ubiquity, vol. 2008, no. 1, 2008.
  8. Bo-Heon Kim, Jeong-Ho Song, Hwang-Rae Kim, "A Study on Enhancement of the MOD-BUS RTU Protocol for Multi-Device Connection," Proceedings of the KAIS Fall Conference, 2016.
  9. Modbus Application Protocol Manual V1_1b3: Available From: http://www.Modbus.org (accessed Aug, 15, 2017)
  10. SamWon Tech Nova Communication Manual: Available From: http://www.samwontech.com/bbs/bbs/board.php?bo_table=data_04&wr_id=10 (accessed July, 21, 2017)
  11. Kisan System KM60xx Modbus Manual: Available From: http://www.kisansystem.kr/datasheet/KM60xx_Modbus_Manual.pdf (accessed May, 10, 2017)