Modbus RTU vs. Modbus TCP: valg mellem I/O på RS-485 og Ethernet

De fleste remote I/O-projekter starter med samme beslutning: Skal modulerne sidde på en bus med RS-485 og polles med Modbus RTU, eller skal de tilsluttes Ethernet og bruge Modbus TCP? Denne artikel sammenligner Modbus RTU og Modbus TCP set fra installatørens side: kabling, topologi, scantid og adressering, og hvordan begge kombineres med en gateway. Til sidst gennemgås de ICP DAS-serier, der passer til hver løsning.

Samme protokol på to forskellige netværk

Begge varianter bruger samme datamodel: coils og discrete inputs til bits, input- og holding-registre til 16-bit-værdier. Et registerkort fungerer på samme måde på begge netværk; det er kun transporten, der ændres.

Modbus RTU kører på en seriel linje, normalt totråds RS-485. Én master poller slaverne én ad gangen, og hver slave har en enhedsadresse på bussen. Modbus TCP sender de samme forespørgsler over TCP/IP, normalt på port 502. Hver enhed har sin egen IP-adresse og kan som regel svare mere end én klient, f.eks. en PLC og en SCADA-server.

Modbus RTU vs. Modbus TCP i overblik

Kabling og topologi i praksis

RS-485 er en bus. Før kablet fra modul til modul med korte stikledninger, terminér begge ender med 120 ohm, og hold en fælles signalreference. Ved moderate baudrater dækker et segment 1200 m, hvilket passer til lange kabelføringer gennem et anlæg med få signaler på hvert sted. Ud over 32 unit loads eller 1200 m tilføjes en repeater som I-7510, en isoleret repeater til RS-485 med automatisk retningsstyring.

Ethernet er normalt en stjerne med én switchport pr. modul. Serierne ET-7200 og ET-2200 har en indbygget switch med to porte, så modulerne kan forbindes i daisy-chain langs en maskine ligesom en bus med RS-485. Begge serier angiver en LAN bypass-funktion, som på ICP DAS-enheder holder resten af kæden kommunikerende, hvis én enhed mister strømmen. PET-versioner kan forsynes fra en PoE-switch efter IEEE 802.3af.

Hastighed: et regneeksempel

Pollede serielle busser er ofte langsommere end forventet. Tag 20 analoge moduler, der hver læses med én forespørgsel på 8 holding-registre:

• Forespørgslen er på 8 byte og svaret på 5 byte plus 16 databyte, så én polling flytter 29 byte.
• Med 8 databit, ingen paritet og 1 stopbit fylder hver byte 10 bit på linjen: 290 bit pr. polling.
• Ved 9600 bps tager det ca. 30 ms plus to pauser på 3,5 tegn, ca. 7 ms. Omtrent 38 ms pr. modul eller ca. 0,75 s for hele bussen.
• Ved 115200 bps tager overførslen ca. 2,5 ms, og Modbus-specifikationen anbefaler en fast pause på 1,75 ms over 19200 bps. Omtrent 6 ms pr. modul eller ca. 0,12 s for hele bussen.

Hertil kommer modulernes svartid og eventuelle genforsøg. Til temperaturer, niveauer og energiværdier er det langsomme tal som regel fint. Til hurtige digitale signaler fjerner Ethernet flaskehalsen, da overførselstiden ved 100 Mbit/s er ubetydelig, og modulerne kan polles parallelt. Synkroniseret I/O med cyklustider på millisekundniveau er en opgave for EtherCAT.

Blandede systemer: gateways og datakoncentratorer

Mange anlæg har velfungerende busser med RS-485 og et nyere Ethernet-netværk til SCADA. En gateway fra Modbus TCP til RTU forbinder de to uden at udskifte de serielle moduler. TCP-klienten sender forespørgsler til gatewayens IP-adresse, og unit ID'et i hver forespørgsel vælger den serielle slave.

• Serien tGW-700: kompakte gateways fra Modbus TCP til RTU/ASCII med en til tre serielle porte, de fleste med PoE. Op til 32 TCP-mastere kan dele en seriel port, og en læsecache besvarer gentagne forespørgsler fra hukommelsen for at aflaste bussen.
• Serien GW-2500iM: samme konvertering med en Ethernet-switch med to porte, isolerede porte til RS-422/485 og sikkerhedsfunktioner som Modbus TCP/TLS, HTTPS, SNMPv3 og IP-filter.
• Serien MDC-700: datakoncentratorer, der selv poller de serielle enheder med op til 250 kommandodefinitioner, samler værdierne i en datapulje på 9600 registre pr. datatype og betjener op til 8 værter via Modbus TCP.

En gateway sender forespørgslerne videre, så det er stadig den serielle bus, der bestemmer svartiden. En koncentrator afkobler de to sider, hvilket er en fordel, når flere SCADA-klienter læser fra samme bus.

Hvilke ICP DAS-serier passer

RS-485 og Modbus RTU

• M-7000: Modbus RTU og DCON, 1200 til 115200 bps. Mange modeller deler hardware med et modul i I-7000, f.eks. M-7017R og I-7017R.
• tM-serien: kompakte moduler med DCON, Modbus RTU og Modbus ASCII.
• I-7000: kun ICP DAS' DCON-protokol. Den passer til udvidelser af eksisterende DCON-systemer; til en Modbus-master skal du vælge den tilsvarende model i M-7000.

Ethernet og Modbus TCP

• ET-7000: én Ethernet-port, Modbus TCP og Modbus UDP, indbygget webserver.
• ET-7200: Modbus TCP og UDP, indbygget switch med to porte og LAN bypass.
• ET-2200: switch med to porte og LAN bypass samt MQTT og SNMP V2c, nyttigt når samme I/O også skal levere data til en IIoT-platform.
• PET-versioner: PoE-forsynede versioner af moduler i ET-7000, ET-7200 og ET-2200.

Send vores tekniske salgsteam din signalliste, kabelafstande og masterenhed, så foreslår vi et passende sæt moduler og gateways.