Modbus RTU ou Modbus TCP : choisir entre E/S RS-485 et Ethernet

La plupart des projets d'E/S déportées commencent par la même décision : placer les modules sur un bus RS-485 et les interroger en Modbus RTU, ou les connecter à Ethernet et utiliser Modbus TCP. Cet article compare Modbus RTU et Modbus TCP du point de vue de l'installateur : câblage, topologie, temps de scrutation et adressage, et comment combiner les deux avec une passerelle. Il se termine par les séries ICP DAS adaptées à chaque option.

Le même protocole sur deux réseaux différents

Les deux variantes utilisent le même modèle de données : bobines et entrées discrètes pour les bits, registres d'entrée et registres de maintien pour les valeurs de 16 bits. Une table de registres fonctionne de la même façon sur les deux réseaux ; seul le transport change.

Modbus RTU fonctionne sur une liaison série, normalement en RS-485 deux fils. Un maître interroge les esclaves un par un, et chaque esclave possède une adresse d'unité sur le bus. Modbus TCP transporte les mêmes requêtes sur TCP/IP, normalement sur le port 502. Chaque appareil dispose de sa propre adresse IP et peut généralement répondre à plusieurs clients, par exemple un automate et un serveur SCADA.

Modbus RTU et Modbus TCP en un coup d'œil

Câblage et topologie en pratique

Le RS-485 est un bus. Déroulez le câble de module en module avec de courtes dérivations, terminez les deux extrémités par 120 ohms et conservez une référence de signal commune. À des débits modérés, un segment couvre 1200 m, ce qui convient aux longues traversées d'une usine avec quelques signaux à chaque point. Au-delà de 32 charges unitaires ou de 1200 m, ajoutez un répéteur tel que l'I-7510, un répéteur RS-485 isolé à commande de sens automatique.

L'Ethernet est normalement en étoile, avec un port de commutateur par module. Les séries ET-7200 et ET-2200 intègrent un commutateur à deux ports, de sorte que les modules peuvent être enchaînés le long d'une machine comme un bus RS-485. Toutes deux proposent une fonction de contournement LAN qui, sur les appareils ICP DAS, maintient la communication du reste de la chaîne si un appareil perd son alimentation. Les versions PET peuvent être alimentées par un commutateur PoE IEEE 802.3af.

Vitesse : un exemple détaillé

Les bus série interrogés sont souvent plus lents qu'on ne le pense. Prenons 20 modules analogiques, chacun lu par une requête de 8 registres de maintien :

• La requête fait 8 octets et la réponse 5 octets plus 16 octets de données, soit 29 octets par interrogation.
• Avec 8 bits de données, sans parité et 1 bit d'arrêt, chaque octet représente 10 bits sur la ligne : 290 bits par interrogation.
• À 9600 bps, cela prend environ 30 ms, plus deux intervalles de silence de 3,5 caractères, soit environ 7 ms. Soit à peu près 38 ms par module, ou environ 0,75 s pour le bus.
• À 115200 bps, le transfert prend environ 2,5 ms, et la spécification Modbus recommande un intervalle de silence fixe de 1,75 ms au-dessus de 19200 bps. Soit environ 6 ms par module, ou environ 0,12 s pour le bus.

Le temps de réponse des modules et les nouvelles tentatives s'y ajoutent. Pour les températures, niveaux et valeurs d'énergie, le chiffre le plus élevé suffit généralement. Pour les signaux numériques rapides, l'Ethernet supprime le goulot d'étranglement, car le temps de transfert à 100 Mbit/s est négligeable et les modules peuvent être interrogés en parallèle. Des E/S synchronisées à des cycles de la milliseconde relèvent d'EtherCAT.

Systèmes mixtes : passerelles et concentrateurs de données

De nombreuses usines disposent de bus RS-485 fonctionnels et d'un réseau Ethernet plus récent pour le SCADA. Une passerelle Modbus TCP vers RTU relie les deux sans remplacer les modules série. Le client TCP envoie ses requêtes à l'adresse IP de la passerelle, et l'identifiant d'unité de chaque requête sélectionne l'esclave série.

• Série tGW-700 : passerelles Modbus TCP vers RTU/ASCII compactes avec un à trois ports série, pour la plupart avec PoE. Jusqu'à 32 maîtres TCP peuvent partager un port série, et un cache de lecture répond aux requêtes répétées depuis la mémoire afin de réduire la charge sur le bus.
• Série GW-2500iM : la même conversion avec un commutateur Ethernet à deux ports, des ports RS-422/485 isolés et des fonctions de sécurité telles que Modbus TCP/TLS, HTTPS, SNMPv3 et un filtre IP.
• Série MDC-700 : concentrateurs de données qui interrogent eux-mêmes les appareils série avec jusqu'à 250 définitions de commandes, collectent les valeurs dans un pool de données de 9600 registres par type de données, et servent jusqu'à 8 hôtes Modbus TCP.

Une passerelle transmet les requêtes, de sorte que le bus série fixe toujours le temps de réponse. Un concentrateur découple les deux côtés, ce qui est utile lorsque plusieurs clients SCADA lisent un même bus.

Les séries ICP DAS adaptées

RS-485 et Modbus RTU

• M-7000 : Modbus RTU et DCON, de 1200 à 115200 bps. De nombreux modèles partagent leur matériel avec un module I-7000, par exemple M-7017R et I-7017R.
• Série tM : modules compacts avec DCON, Modbus RTU et Modbus ASCII.
• I-7000 : protocole DCON ICP DAS uniquement. Il convient aux extensions de systèmes DCON existants ; pour un maître Modbus, choisissez l'équivalent M-7000.

Ethernet et Modbus TCP

• ET-7000 : un port Ethernet, Modbus TCP et Modbus UDP, serveur web intégré.
• ET-7200 : Modbus TCP et UDP avec un commutateur à deux ports et contournement LAN.
• ET-2200 : commutateur à deux ports avec contournement LAN, plus MQTT et SNMP V2c, utile lorsque les mêmes E/S alimentent aussi une plateforme IIoT.
• Versions PET : versions alimentées en PoE des modules ET-7000, ET-7200 et ET-2200.

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