Cosa sono i protocolli Modbus RTU e Modbus TCP?
Negli anni '70, il settore dell'automazione industriale stava vivendo una fase di rapido sviluppo. Il rapido sviluppo del settore comportò però anche alcuni problemi. A quel tempo, i diversi produttori di apparecchiature utilizzavano protocolli diversi, impedendo alle loro apparecchiature di comunicare tra loro.
Per risolvere questo problema è stato creato il protocollo Modbus. Si tratta di un protocollo aperto e standardizzato che può supportare una varietà di tipi di dati e codici funzione per soddisfare le diverse esigenze di comunicazione. Protocollo Modbus ha 3 tipi, tra cui ASCII, RTU e TCP.
Quando il protocollo Modbus utilizza la trasmissione tramite porta seriale, è possibile selezionare i primi due tipi, ma i dati devono essere verificati. Quando si utilizza la trasmissione Ethernet, si usa il tipo TCP, che non richiede checksum. Il Modbus ASCII è meno utilizzato a causa dell'inefficienza della trasmissione dei dati utilizzando principalmente codici ASCII. Al contrario, Modbus RTU e Modbus TCP sono più adatti all'uso in ambienti industriali moderni che richiedono una maggiore efficienza di trasmissione. In questo articolo analizzeremo questi due protocolli, ne presenteremo i principi di funzionamento e gli scenari di applicazione, sperando di esservi utili.
Principio di comunicazione Modbus
La comunicazione Modbus si basa sul principio di una modalità di comunicazione master-slave. Ciò significa che esistono dispositivi master e slave, e che il dispositivo master può avviare la trasmissione e inviare una richiesta al dispositivo slave. Il dispositivo slave non può rispondere attivamente alla richiesta, ma può solo rispondere in base alla richiesta del dispositivo master. Il dispositivo slave esegue quindi l’operazione richiesta e invia una risposta al dispositivo master. Il dispositivo master riceve la risposta e la analizza, completando così il processo di comunicazione.
Un dispositivo master può essere collegato a uno o più dispositivi slave contemporaneamente, ma in una comunicazione possono esserci solo un dispositivo master e un dispositivo slave. Se un dispositivo master si collega a un solo dispositivo slave, questi comunicano tra loro in modalità unicast. Tuttavia, se il dispositivo master è collegato a più di un dispositivo slave, è necessario selezionare la modalità broadcast per la comunicazione.
Come funziona Modbus RTU
Il protocollo Modbus RTU supporta una varietà di interfacce elettriche, quali RS-232, RS-485 e RS-422. Trasmette i dati in formato binario e ogni byte contiene due numeri esadecimali a 4 bit. I comandi del protocollo RTU sono composti da 5 parti: codice di indirizzo, codice di funzione, indirizzo di inizio, dati e codice di controllo. Ad esempio, l’istruzione di invio: 01 03 76 83 00 0C AE 6F, dove 01 è il codice di indirizzo, che rappresenta l’indirizzo dello slave; 03 è il codice funzione, che significa “lettura”; 76 83 è l’indirizzo del registro; 00 0C è il numero di registri da leggere; AE 6F rappresenta il checksum CRC.
Modbus RTU Scenari di applicazione
Poiché il protocollo Modbus RTU è semplice e stabile nella trasmissione dei dati in formato binario, è particolarmente indicato per comunicazioni a lunga distanza, situazioni in cui il cablaggio risulta complesso o contesti caratterizzati da un’ampia distribuzione dei dispositivi. Ad esempio, contesti di automazione industriale, piccoli sistemi di controllo, ecc.
Principio di funzionamento di Modbus TCP
Modbus TCP è stato creato per consentire la trasmissione dei dati Modbus su Ethernet, utilizzando la porta TCP502. Modbus TCP si basa su Modbus RTU, con l’aggiunta dell’intestazione MBAP. Poiché il protocollo TCP si basa su un servizio di connessione affidabile, non utilizza più i checksum CRC ma si affida ai meccanismi di rilevamento e correzione degli errori propri del protocollo TCP. Ad esempio, inviare il comando: 68 68 00 00 00 06 01 03 33 65 00 04. Tra questi, 68 68 è il numero di sequenza del messaggio; 00 00 indica che viene utilizzato il protocollo Modbus TCP; 00 06 indica il numero di byte successivi; 01 è l’indirizzo dello slave; 03 è il codice funzione; 33 65 indica l’indirizzo del registro; 00 04 è il numero di registri.
Modbus TCP Scenari di applicazione
Il Modbus TCP viene spesso utilizzato in scenari più complessi grazie alla sua elevata velocità di trasmissione e affidabilità. Ad esempio, sistemi di controllo di grandi dimensioni, sistemi di controllo degli edifici, ecc.
In pratica, occorre valutare se utilizzare il protocollo Modbus RTU o Modbus TCP. Se si dispone già di un’infrastruttura di rete e si ha la necessità di scambiare grandi quantità di dati con tempi di risposta rapidi, il protocollo TCP rappresenta una buona scelta. Se invece si necessita di una comunicazione semplice, a basso costo e su lunghe distanze, l’utilizzo del protocollo RTU è una scelta saggia.
Modbus RTU e Modbus TCP sono come una coppia di buoni amici: ognuno ha i propri vantaggi e, insieme, favoriscono uno scambio efficace di dati tra i dispositivi. Con lo sviluppo dell’Industria 4.0, saranno integrati in un numero sempre maggiore di nuove tecnologie. Guardiamo con ottimismo al futuro: creeranno ulteriore valore per lo sviluppo dell’automazione industriale!
Agnes Wang is an IoT Solutions Specialist at IOTRouter, focusing on industrial IoT gateways, edge computing, and industrial automation solutions.
She specializes in industrial communication technologies, including Modbus, IEC 60870-5-104, MQTT, OPC UA, PLC integration, and remote monitoring applications. She contributes to technical articles and application guides covering industrial IoT solutions, protocol conversion, and edge computing.
