Modbus RTU frente a Modbus TCP: elegir entre I/O RS-485 e I/O Ethernet

La mayoría de los proyectos de I/O remoto empiezan con la misma decisión: conectar los módulos a un bus RS-485 y consultarlos con Modbus RTU, o conectarlos a Ethernet y usar Modbus TCP. Este artículo compara Modbus RTU frente a Modbus TCP desde el punto de vista del instalador: cableado, topología, tiempo de escaneo y direccionamiento, y cómo combinar ambos con una pasarela. Termina con las series de ICP DAS que encajan en cada opción.

El mismo protocolo sobre dos redes distintas

Ambas variantes usan el mismo modelo de datos: bobinas y entradas discretas para bits, y registros de entrada y de retención para valores de 16 bits. Un mapa de registros funciona igual en cualquiera de las dos redes; solo cambia el transporte.

Modbus RTU funciona sobre una línea serie, normalmente RS-485 de dos hilos. Un maestro consulta los esclavos uno a uno, y cada esclavo tiene una dirección de unidad en el bus. Modbus TCP transporta las mismas peticiones sobre TCP/IP, normalmente por el puerto 502. Cada dispositivo tiene su propia dirección IP y, por lo general, puede atender a más de un cliente, por ejemplo a un PLC y a un servidor SCADA.

Modbus RTU frente a Modbus TCP de un vistazo

Cableado y topología en la práctica

RS-485 es un bus. Tienda el cable de módulo a módulo con derivaciones cortas, termine ambos extremos con 120 ohmios y mantenga una referencia de señal común. A velocidades moderadas, un segmento cubre 1200 m, lo que resulta adecuado para tramos largos en una planta con pocas señales en cada ubicación. Más allá de 32 cargas unitarias o 1200 m, añada un repetidor como el I-7510, un repetidor RS-485 aislado con control automático de sentido.

Ethernet suele ser una estrella con un puerto de switch por módulo. Las series ET-7200 y ET-2200 incluyen un switch de dos puertos, de modo que los módulos pueden conectarse en daisy-chain a lo largo de una máquina, como un bus RS-485. Ambas incorporan una función de bypass LAN, que en los dispositivos de ICP DAS mantiene comunicado el resto de la cadena si una unidad pierde la alimentación. Las versiones PET pueden alimentarse desde un switch PoE IEEE 802.3af.

Velocidad: un ejemplo práctico

Los buses serie consultados suelen ser más lentos de lo esperado. Tomemos 20 módulos analógicos, cada uno leído con una petición de 8 registros de retención:

• La petición ocupa 8 bytes y la respuesta 5 bytes más 16 bytes de datos, así que una consulta mueve 29 bytes.
• Con 8 bits de datos, sin paridad y 1 bit de parada, cada byte son 10 bits en el cable: 290 bits por consulta.
• A 9600 bps eso tarda unos 30 ms, más dos intervalos de silencio de 3,5 caracteres, unos 7 ms. Aproximadamente 38 ms por módulo, o unos 0,75 s para el bus.
• A 115200 bps la transferencia tarda unos 2,5 ms, y la especificación de Modbus recomienda un intervalo de silencio fijo de 1,75 ms por encima de 19200 bps. Aproximadamente 6 ms por módulo, o unos 0,12 s para el bus.

El tiempo de respuesta de los módulos y los reintentos se suman a esto. Para temperaturas, niveles y valores de energía, la cifra más lenta suele ser suficiente. Para señales digitales rápidas, Ethernet elimina el cuello de botella, ya que el tiempo de transferencia a 100 Mbit/s es despreciable y los módulos pueden consultarse en paralelo. La E/S sincronizada con tiempos de ciclo de milisegundos es un trabajo para EtherCAT.

Sistemas mixtos: pasarelas y concentradores de datos

Muchas plantas tienen buses RS-485 en funcionamiento y una red Ethernet más reciente para SCADA. Una pasarela Modbus TCP a RTU conecta ambos mundos sin sustituir los módulos serie. El cliente TCP envía las peticiones a la dirección IP de la pasarela, y el ID de unidad de cada petición selecciona el esclavo serie.

• Serie tGW-700: pasarelas compactas Modbus TCP a RTU/ASCII con uno a tres puertos serie, la mayoría con PoE. Hasta 32 maestros TCP pueden compartir un puerto serie, y una caché de lectura responde desde memoria a las peticiones repetidas para reducir la carga del bus.
• Serie GW-2500iM: la misma conversión con un switch Ethernet de dos puertos, puertos RS-422/485 aislados y funciones de seguridad como Modbus TCP/TLS, HTTPS, SNMPv3 y filtro IP.
• Serie MDC-700: concentradores de datos que consultan ellos mismos los dispositivos serie con hasta 250 definiciones de comando, recogen los valores en un pool de datos de 9600 registros por tipo de dato y atienden a hasta 8 hosts Modbus TCP.

Una pasarela transfiere las peticiones tal cual, por lo que el bus serie sigue determinando el tiempo de respuesta. Un concentrador desacopla ambos lados, lo que resulta útil cuando varios clientes SCADA leen un mismo bus.

Qué series de ICP DAS encajan

RS-485 y Modbus RTU

• M-7000: Modbus RTU y DCON, de 1200 a 115200 bps. Muchos modelos comparten hardware con un módulo I-7000; por ejemplo, M-7017R e I-7017R.
• Serie tM: módulos compactos con DCON, Modbus RTU y Modbus ASCII.
• I-7000: solo protocolo DCON de ICP DAS. Encaja en ampliaciones de sistemas DCON existentes; para un maestro Modbus, elija el equivalente M-7000.

Ethernet y Modbus TCP

• ET-7000: un puerto Ethernet, Modbus TCP y Modbus UDP, servidor web integrado.
• ET-7200: Modbus TCP y UDP con switch de dos puertos y bypass LAN.
• ET-2200: switch de dos puertos con bypass LAN, además de MQTT y SNMP V2c, útil cuando la misma I/O también alimenta una plataforma IIoT.
• Versiones PET: versiones alimentadas por PoE de los módulos ET-7000, ET-7200 y ET-2200.

Envíe a nuestro equipo de ventas técnicas su lista de señales, las distancias de cableado y el dispositivo maestro, y le propondremos un conjunto de módulos y pasarelas adecuado.