Modbus TCP: il protocollo Ethernet per l’industria
Modbus TCP/IP è la variante Ethernet del protocollo Modbus, standardizzata nel 1999. Mantiene il modello master/slave e la struttura dei registri (Holding, Input, Coil, Discrete Input) di Modbus RTU, ma li trasporta sulla porta TCP/IP 502. Risultato: Modbus TCP si integra naturalmente nelle reti IT aziendali, pur rimanendo compatibile con l’ecosistema Modbus esistente.
I suoi vantaggi rispetto a Modbus RTU:
- Velocità: 100 Mbit/s contro un massimo di 115 kbps in RS485
- Topologia libera: nessuna limitazione a 32 nodi su un bus lineare
- Multi-master: più client possono interrogare lo stesso slave
- Distanza: Ethernet standard fino a 100 m, fibra ottica per lunghe distanze
Architettura di connessione Modbus TCP → cloud
Il gateway funge da client Modbus TCP (master) nei confronti delle apparecchiature locali e da client MQTT nei confronti del cloud. Si colloca tra la rete OT e la rete cloud.
| Livello | Apparecchiature / Protocollo |
|---|---|
| Campo (apparecchiature) | Controllori, variatori, contatori con porta Ethernet |
| Rete LAN industriale | Switch Ethernet, VLAN OT |
| Gateway | Eziwan Gateway (client Modbus TCP + client MQTT) |
| Trasporto cloud | MQTT su TLS 1.3 / 4G LTE o Ethernet WAN |
| Cloud | AWS IoT Core, Azure IoT Hub, Eziwan Cloud |
| Applicazione | Dashboard, avvisi, API REST, reportistica |
Lettura dei registri Modbus TCP: tipi di dati supportati
Il gateway interroga tutti i tipi di registri Modbus TCP definiti dallo standard:
Registri a 16 bit:
- Registri di mantenimento (FC03) — lettura/scrittura, valori di processo (setpoint, parametri)
- Registri di ingresso (FC04) — sola lettura, misurazioni in tempo reale (corrente, tensione, portata)
Bit discreti:
- Bobine (FC01/FC05) — lettura/scrittura, uscite logiche (relè, comandi)
- Ingressi discreti (FC02) — solo lettura, ingressi logici (stati, guasti)
Tipi di dati codificati:
- INT16, UINT16 (1 registro)
- INT32, UINT32, FLOAT32 IEEE 754 (2 registri, Big Endian o Little Endian)
- INT64, DOUBLE (4 registri)
- STRING ASCII
Invio MQTT verso AWS IoT, Azure IoT Hub o Eziwan
Una volta letti i registri, il gateway pubblica le misurazioni sul broker MQTT di destinazione. Sono supportate le tre principali piattaforme:
AWS IoT Core
- Connessione tramite MQTT su TLS alla porta 8883
- Autenticazione tramite certificato x509 AWS
- Regole IoT verso DynamoDB, S3, Lambda o QuickSight
Azure IoT Hub
- Connessione tramite AMQP o MQTT TLS
- Device Twin per la configurazione remota
- Stream Analytics per l’elaborazione in tempo reale
Eziwan Cloud
- Configurazione "zero-touch", nessuna infrastruttura da gestire
- Dashboard preconfigurata con unità industriali
- Avvisi via SMS/e-mail in meno di 30 secondi
Polling e ottimizzazione della frequenza di acquisizione
La scelta della frequenza di polling influisce sia sull’aggiornamento dei dati che sul consumo di dati mobili.
| Tipo di misura | Frequenza consigliata |
|---|---|
| Grandezze elettriche (P, Q, I, U) | Da 1 a 10 s |
| Temperature di processo | Da 30 s a 5 min |
| Livelli, portate | Da 1 a 5 min |
| Stati discreti (allarmi) | da 1 a 5 s |
| Contatori (energia, volume) | da 5 a 15 min |
Il gateway può anche essere configurato in modalità on-change: un valore viene trasmesso solo se varia di un importo configurabile (deadband), il che riduce significativamente il volume dei dati.
Supervisione multisito: l’architettura centralizzata
Per un complesso costituito da diversi siti industriali, si ripete la stessa struttura:
- Un gateway per ogni sito, ciascuno dei quali interroga le proprie apparecchiature Modbus TCP locali
- Tutti i gateway pubblicano dati verso lo stesso broker MQTT cloud (o su argomenti distinti per ogni sito)
- Un’unica interfaccia di monitoraggio centralizza tutti i siti
- Gli avvisi sono configurati a livello globale con un sistema di escalation per ogni sito
Questa architettura centralizzata con gateway locali rappresenta lo standard della telesorveglianza industriale multisito.