Modbus è uno standard de facto dei protocolli di comunicazione industriale. Viene ampiamente utilizzato per connettere software e dispositivi elettronici forte del suo essere open source e libero da royalty. Una scelta supportata anche da G.M. International nella versione RTU.
Nato nel lontano 1979 all’interno dell’azienda Modicon (attualmente marchio di Schneider Electric) il protocollo Modbus è ancor oggi uno dei più diffusi sistemi di comunicazione seriale tra PLC, DCS, regolatori, sensori, attuatori e dispositivi di campo e interfaccia. Per meglio dire, il protocollo Modbus è il più longevo e diffuso tra i cosiddetti bus di campo seriali o fieldbus.
Il suo successo si deve soprattutto alla sua natura royalty-free e indipendente dall’hardware, alla robustezza, alla semplicità di implementazione, alla disponibilità delle specifiche che ne hanno permesso l’impiego nei più svariati ambiti come l’automazione distribuita, il controllo di processo, il monitoraggio energetico, il telecontrollo, l’automazione degli edifici e la supervisione di impianto.
La vasta disponibilità di librerie e il basso costo di implementazione ne favoriscono l’uso anche nelle reti interne di sistemi di media e alta complessità. Certo il mercato della comunicazione industriale vede un crescente predominio delle tecnologie Ethernet, Wireless e IoT, ma i fieldbus tradizionali conservano un enorme installato e rappresentano il 35% dei nuovi nodi installati (studio HMS Network 2019). Il bus di campo dominante è ancora Profibus che detiene il 10% del mercato mondiale, ma è seguito da Modbus RTU con una quota del 5%.
La variante Modbus RTU
Il protocollo Modbus è fondamentalmente un sistema che elabora richieste e risposte da dispositivi elettronici sulla base di un’architettura master / slave che viene usata con le richieste del master che rispondono ai dispositivi slave. Sebbene sia stato concepito per uno scambio di dati di tipo seriale, negli anni sono nate diverse varianti (RTU, ASCII, TCP, Plus) con lo scopo di renderlo maggiormente adatto a molteplici canali di comunicazione.
In particolare, nella strumentazione e nell’automazione distribuita, Modbus è declinato perlopiù in modalità “RTU” al fine di consentire la connessione tra sistemi di supervisione (SCADA, Supervisory Control And Data Acquisition) e unità terminali remote (RTU, Remote Terminal Unit). Un master Modbus RTU è un dispositivo centrale che effettua richieste di informazioni dai dispositivi slave collegati. I dispositivi master ottengono informazioni dagli slave e possono anche scrivere nei loro registri. I nodi slave Modbus RTU sono dispositivi che rispondono alle richieste effettuate dal dispositivo master senza poter avviare autonomamente il trasferimento di informazioni. In una rete Modbus RTU che non faccia uso di ripetitori possono esserci fino a un massimo di 247 dispositivi slave.
Alla base del modello logico del protocollo Modbus c’è il componente noto come PDU (Protocol Data Unit). Si tratta di un’unità informativa costituita da un codice funzione e da un insieme di dati, costruita indipendentemente dalla modalità di trasmissione usata. In termini di formattazione dei messaggi, Modbus RTU fornisce una rappresentazione binaria e quindi compatta dei dati: ai comandi e ai dati viene fatto seguire un controllo computazionale denominato CRC (Cyclic Redundancy Checksum). Modbus RTU utilizza la codifica binaria dei dati e un CRC a 16 bit per il rilevamento degli errori di trasmissione. Quando i dispositivi sono impostati per comunicare su reti Modbus che utilizzano la modalità RTU, ogni byte in un messaggio contiene due caratteri esadecimali. Il principale vantaggio di questa modalità è che a parità baud rate (velocità), vi è una maggiore densità di dati nella spedizione e la spedizione di ogni messaggio mediante un flusso continuo.
In definitiva, la facilità con cui Modbus RTU trasmette, decodifica e gestisce i dati, ne facilita l’uso con dispositivi che supportano gli standard fisici seriali RS232, RS485 e RS422, ancora molto diffusi e supportati negli impianti industriali e dai principali costruttori.
Per tutte queste ragioni anche nella gamma prodotti G.M. International il protocollo ModBUS RTU è integrato in molti prodotti smart tra cui relè di sicurezza, isolatori galvanici e alimentatori.