Modbus RTU vs Modbus TCP: RS-485- of Ethernet-I/O kiezen

De meeste remote I/O-projecten beginnen met dezelfde keuze: de modules op een RS-485-bus zetten en ze pollen met Modbus RTU, of ze op Ethernet aansluiten en Modbus TCP gebruiken. Dit artikel vergelijkt Modbus RTU vs Modbus TCP vanuit het standpunt van de installateur: bekabeling, topologie, scantijd en adressering, en hoe je beide met een gateway combineert. Het eindigt met de ICP DAS-series die bij elke optie passen.

Hetzelfde protocol op twee verschillende netwerken

Beide varianten gebruiken hetzelfde datamodel: coils en discrete ingangen voor bits, input- en holding-registers voor 16-bits waarden. Een registermap werkt op beide netwerken hetzelfde; alleen het transport verandert.

Modbus RTU draait op een seriële lijn, normaal tweedraads RS-485. Eén master pollt de slaves één voor één, en elke slave heeft een unitadres op de bus. Modbus TCP vervoert dezelfde aanvragen over TCP/IP, normaal op poort 502. Elk apparaat heeft zijn eigen IP-adres en kan meestal meer dan één client beantwoorden, bijvoorbeeld een PLC en een SCADA-server.

Modbus RTU vs Modbus TCP in het kort

Bekabeling en topologie in de praktijk

RS-485 is een bus. Leg de kabel van module naar module met korte stubs, sluit beide uiteinden af met 120 ohm en houd een gemeenschappelijke signaalreferentie aan. Bij gematigde baudrates dekt een segment 1200 m, wat past bij lange trajecten door een fabriek met enkele signalen op elke locatie. Boven 32 unit loads of 1200 m voeg je een repeater toe, zoals de I-7510, een geïsoleerde RS-485-repeater met automatische richtingsregeling.

Ethernet is normaal een ster met één switchpoort per module. De ET-7200- en ET-2200-series hebben een ingebouwde switch met twee poorten, zodat modules langs een machine als een RS-485-bus in serie kunnen worden geschakeld. Beide vermelden een LAN-bypassfunctie, die bij ICP DAS-apparaten de rest van de keten communicatief houdt als één unit zijn voeding verliest. PET-versies kunnen gevoed worden via een IEEE 802.3af PoE-switch.

Snelheid: een uitgewerkt voorbeeld

Gepollde seriële bussen zijn vaak trager dan verwacht. Neem 20 analoge modules, elk uitgelezen met één aanvraag voor 8 holding-registers:

• De aanvraag is 8 bytes en het antwoord 5 bytes plus 16 databytes, dus één poll verplaatst 29 bytes.
• Met 8 databits, geen pariteit en 1 stopbit telt elke byte 10 bits op de lijn: 290 bits per poll.
• Bij 9600 bps duurt dat ongeveer 30 ms, plus twee stiltes van 3,5 tekens, ongeveer 7 ms. In totaal ongeveer 38 ms per module, of ongeveer 0,75 s voor de bus.
• Bij 115200 bps duurt de overdracht ongeveer 2,5 ms, en de Modbus-specificatie adviseert boven 19200 bps een vaste stilte van 1,75 ms. Ongeveer 6 ms per module, of ongeveer 0,12 s voor de bus.

Responstijd van de module en herhalingen komen daar nog bovenop. Voor temperaturen, niveaus en energiewaarden is het langzamere cijfer meestal voldoende. Voor snelle digitale signalen haalt Ethernet de bottleneck weg, want de overdrachtstijd bij 100 Mbit/s is verwaarloosbaar en modules kunnen parallel gepolld worden. Gesynchroniseerde I/O met cyclustijden in milliseconden is een taak voor EtherCAT.

Gemengde systemen: gateways en dataconcentrators

Veel fabrieken hebben werkende RS-485-bussen en een nieuwer Ethernet-netwerk voor SCADA. Een Modbus TCP naar RTU-gateway verbindt beide zonder de seriële modules te vervangen. De TCP-client stuurt aanvragen naar het IP-adres van de gateway, en het unit-ID in elke aanvraag selecteert de seriële slave.

• tGW-700-serie: compacte Modbus TCP naar RTU/ASCII-gateways met één tot drie seriële poorten, de meeste met PoE. Tot 32 TCP-masters kunnen één seriële poort delen, en een leescache beantwoordt herhaalde aanvragen vanuit het geheugen om de belasting van de bus te verminderen.
• GW-2500iM-serie: dezelfde conversie met een switch met twee Ethernet-poorten, geïsoleerde RS-422/485-poorten en beveiligingsfuncties zoals Modbus TCP/TLS, HTTPS, SNMPv3 en een IP-filter.
• MDC-700-serie: dataconcentratoren die de seriële apparaten zelf pollen met tot 250 commando-definities, de waarden verzamelen in een datapool van 9600 registers per datatype, en tot 8 Modbus TCP-hosts bedienen.

Een gateway geeft aanvragen door, dus de seriële bus bepaalt nog steeds de responstijd. Een concentrator ontkoppelt de twee zijden, wat helpt wanneer meerdere SCADA-clients één bus uitlezen.

Welke ICP DAS-series passen

RS-485 en Modbus RTU

• M-7000: Modbus RTU en DCON, 1200 tot 115200 bps. Veel modellen delen hun hardware met een I-7000-module, bijvoorbeeld M-7017R en I-7017R.
• tM-serie: compacte modules met DCON, Modbus RTU en Modbus ASCII.
• I-7000: alleen het ICP DAS DCON-protocol. Geschikt voor uitbreidingen van bestaande DCON-systemen; kies voor een Modbus-master het M-7000-equivalent.

Ethernet en Modbus TCP

• ET-7000: één Ethernet-poort, Modbus TCP en Modbus UDP, ingebouwde webserver.
• ET-7200: Modbus TCP en UDP met een switch met twee poorten en LAN-bypass.
• ET-2200: switch met twee poorten en LAN-bypass, plus MQTT en SNMP V2c, handig wanneer dezelfde I/O ook een IIoT-platform voedt.
• PET-versies: via PoE gevoede versies van de ET-7000-, ET-7200- en ET-2200-modules.

Stuur ons technische verkoopteam je signaallijst, kabelafstanden en mastertoestel, dan stellen wij een passende set modules en gateways voor.