Modbus TCP 통신 완벽 정리 – 개념부터 활용까지

Modbus TCP는 이더넷(TCP/IP) 네트워크에서 사용되는 Modbus 프로토콜의 한 형태이다.
Modbus RTU가 RS485 또는 RS232 기반으로 동작하는 것과 달리,
Modbus TCP는 이더넷을 통해 데이터를 송·수신하며, 네트워크 확장성이 뛰어나다.

이번 글에서는 Modbus TCP의 개념, 동작 원리, Modbus RTU와의 차이점, 주요 활용 분야 및 장점까지 상세히 알아보겠다.

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1. Modbus TCP란?

Modbus TCP는 Modbus 프로토콜을 TCP/IP 기반으로 변환한 통신 방식이다.
이더넷 네트워크에서 PLC, 센서, 서버, 산업 장비 간 데이터를 교환하는 데 사용되며,
IP 주소를 활용하여 장치 간 통신을 수행한다.

✅ 이더넷(TCP/IP) 기반으로 장거리 및 대규모 네트워크 확장 가능
✅ Modbus RTU와 동일한 기능 코드 및 데이터 구조 사용 (호환 가능)
✅ 다중 마스터(Multi-Master) 방식 지원 – 여러 장치가 동시에 통신 가능

📌 Modbus TCP는 공장 자동화, 스마트 빌딩, IoT 시스템에서 필수적인 프로토콜이다.

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2. Modbus TCP의 주요 특징

① 클라이언트-서버(Client-Server) 방식

Modbus TCP는 클라이언트-서버 모델을 사용하여 데이터를 교환한다.

• 클라이언트(Client): 데이터를 요청하는 장치 (예: SCADA, HMI, PLC)
• 서버(Server): 데이터를 제공하는 장치 (예: 센서, I/O 모듈, 산업 장비)

✅ Modbus RTU의 마스터-슬레이브 방식과 달리, 여러 클라이언트가 동시에 서버에 접근할 수 있다.

📌 서버가 여러 개의 클라이언트 요청을 처리할 수 있어, 네트워크 유연성이 뛰어나다.

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② TCP/IP 기반의 통신 방식

구분 Modbus TCP Modbus RTU

네트워크	이더넷 (TCP/IP)	RS485, RS232
통신 방식	클라이언트-서버	마스터-슬레이브
최대 장치 수	IP 주소 기반 (제한 없음)	최대 247개 (RS485 기준)
통신 거리	거리 제한 없음 (인터넷 사용 가능)	최대 1200m
데이터 전송 속도	빠름 (이더넷 속도)	느림 (RS485 속도 제한)

✅ Modbus TCP는 IP 주소를 사용하여 네트워크 확장이 자유롭고, Modbus RTU보다 빠른 속도를 제공한다.

📌 기존 RS485 기반 장비를 Modbus TCP로 변환하려면, "Modbus 게이트웨이(Modbus Gateway)"를 사용해야 한다.

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③ Modbus TCP 프레임 구조

Modbus TCP 데이터는 프레임(Frame) 단위로 전송되며,
Modbus RTU와 유사한 구조를 가지지만, TCP/IP 헤더가 추가된다.

필드 길이(바이트) 설명

Transaction ID	2	요청/응답을 구분하는 ID
Protocol ID	2	Modbus 프로토콜(0x0000)
Length	2	전체 메시지 길이
Unit ID	1	Modbus 장치 주소 (RTU와 동일)
기능 코드(Function Code)	1	읽기(0x03), 쓰기(0x06) 등 명령 코드
데이터(Data)	가변	레지스터 주소, 값 등 데이터 포함

✅ Modbus TCP는 CRC(오류 검출 코드)가 필요하지 않으며, TCP/IP 자체 오류 검출 기능을 활용한다.

📌 Modbus RTU는 CRC-16을 사용하지만, Modbus TCP는 TCP/IP 프로토콜에서 데이터 무결성을 보장한다.

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3. Modbus TCP의 동작 원리

1️⃣ 클라이언트(예: SCADA, PLC)가 서버(예: 센서, 모듈)에 데이터 요청
2️⃣ 서버가 요청을 확인하고, 데이터 값을 응답 프레임으로 반환
3️⃣ TCP/IP 프로토콜을 사용하여 데이터가 안전하게 전송됨
4️⃣ 여러 클라이언트가 하나의 서버에 동시 접속하여 데이터 요청 가능

✅ Modbus TCP는 기존 산업 장비를 인터넷 및 클라우드 시스템과 연결하는 데 적합하다.

📌 Modbus TCP는 MQTT, OPC UA와 함께 IIoT(산업용 사물인터넷)에서 널리 사용된다.

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4. Modbus TCP vs. Modbus RTU vs. Modbus ASCII

비교 항목 Modbus TCP Modbus RTU Modbus ASCII

통신 방식	이더넷(TCP/IP)	RS485, RS232	RS232
데이터 형식	바이너리 + TCP 헤더	바이너리	ASCII(텍스트)
오류 검출	TCP/IP 체크섬	CRC-16	LRC(Longitudinal Redundancy Check)
네트워크 구조	클라이언트-서버	마스터-슬레이브	마스터-슬레이브
속도	빠름 (100Mbps 이상)	중간 (115.2kbps 이하)	느림 (9600bps 이하)
주요 활용	IoT, 클라우드, 산업 자동화	공장 자동화, PLC, 센서	구형 장비, RS232 기반 장치

📌 Modbus TCP는 IoT 및 클라우드 네트워크와 호환성이 높아, 최신 산업 시스템에서 널리 사용된다.

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5. Modbus TCP의 활용 분야

🏭 산업 자동화 – PLC, SCADA, 스마트 팩토리 네트워크 구축
🌐 IoT 및 클라우드 시스템 – 원격 장비 모니터링 및 데이터 수집
⚡ 전력 및 에너지 관리 – 스마트 미터, 태양광 발전 모니터링
🏢 빌딩 자동화 – HVAC(공조 시스템), 조명, 엘리베이터 관리
🚗 스마트 교통 시스템 – 신호 제어, 원격 모니터링 시스템

✅ Modbus TCP는 클라우드 및 스마트 자동화 시스템에서 필수적인 프로토콜이다.

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6. Modbus TCP 설정 및 네트워크 구성 방법

📌 기본 네트워크 설정

• IP 주소 할당 – DHCP(자동) 또는 Static IP(고정) 설정
• 포트 번호 – 기본 포트 502 사용 (방화벽 설정 필요)
• 네트워크 프로토콜 – TCP/IP 기반 (UDP는 사용하지 않음)

✅ 보안 강화를 위해 VPN, 방화벽 설정 및 네트워크 세분화 필요

📌 Modbus TCP는 기본적으로 보안 기능이 없으므로, SSL/TLS 암호화 또는 VPN을 함께 사용하는 것이 좋다.

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7. Modbus TCP의 장점과 단점

✅ 장점

✔ 이더넷(TCP/IP) 기반 – 원격 접속 및 대규모 네트워크 확장 가능
✔ 다중 클라이언트(Multi-Master) 지원 – 여러 장치가 동시에 통신 가능
✔ 기존 Modbus RTU 장비와 호환 가능 (Modbus 게이트웨이 사용 시)

❌ 단점

❌ 기본적으로 보안 기능이 없어 방화벽 및 VPN 설정 필요
❌ Modbus RTU보다 네트워크 설정이 복잡할 수 있음
❌ 실시간 처리 속도가 필요한 환경에서는 지연(Latency) 발생 가능