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Le protocole de communication Modbus est un des protocoles les plus utilisés en industrie

Introduction au Modbus

Imaginez un scénario dans lequel vous devez surveiller ou contrôler plusieurs températures de congélation dans les étages d'un hôpital, des appareils à votre domicile, des schémas de circulation, ou divers appareils répartis dans des stations industrielles. Grâce au protocole Modbus, cela est possible facilement et de manière centralisée.

En d'autres termes, le protocole Modbus a été mis au point pour faciliter la transmission de données entre des appareils électroniques. Il s'avère utile dans les applications industrielles où les ordinateurs industriels, les automates programmables et les systèmes SCADA ont besoin de données analogiques provenant des capteurs pour prendre des décisions rapides. Heureusement, la plupart de ces appareils industriels prennent en charge le protocole Modbus.

Le protocole de communication Modbus est donc le standard de facto et le plus largement utilisé dans l'industrie du contrôle et de l'automatisation.
Il est mis en œuvre dans les secteurs du pétrole, du gaz, de l'énergie éolienne et solaire, ainsi que dans de nombreuses autres industries. Comme les données sont transférées dans une seule couche (d'application), il permet de réaliser facilement des activités telles que la collecte de données analogiques à partir de divers capteurs, leur contrôle sur une interface unique, la communication entre les dispositifs industriels et d'automatisation, etc.

Comparatif Modbus RTU vs Modbus TCP

 

Il existe plusieurs types de protocoles Modbus utilisés aujourd'hui, les plus courants étant Modbus RTU (Remote Terminal Unit) et Modbus TCP (Transmission Control Protocol). Chacun de ces protocoles présente des caractéristiques, des avantages et des applications distincts qui les rendent adaptés à des environnements et à des cas d'utilisation spécifiques. Les données Modbus sont donc échangées efficacement par l'intermédiaire de la couche Modbus série (utilisant le protocole RTU) et de la couche Modbus Ethernet (utilisant le protocole TCP).

Le Modbus RTU, par exemple, utilise la communication série pour l'échange de données entre les appareils, ce qui le rend idéal pour les systèmes qui nécessitent une communication simple, robuste et rentable. Le Modbus RTU est souvent utilisé dans des applications telles que l'automatisation des bâtiments, le contrôle des processus industriels et la surveillance à distance.

En revanche, Modbus TCP exploite les réseaux Ethernet et IP pour la communication, ce qui permet d'accroître la vitesse et l'évolutivité dans des environnements plus complexes et plus exigeants. Modbus TCP est couramment utilisé dans les applications qui nécessitent une communication à grande vitesse, telles que la production d'énergie, le pétrole et le gaz, et la gestion des centres de données.

Le point fort de  notre guide "Modbus RTU vs Modbus TCP" est l'analyse sur plusieurs points : cadres de communication et de réseau, les problèmes de sécurité, les considérations de coût, et les applications. Ci-dessous un tableau comparatif simple et clair pour une compréhension complète de ces deux protocoles industriels.

Tableau comparatif Modbus RTU vs Modbus TCP

 

Découvrez ci-dessous dans un tableau simple, clair et intuitif, le comparatif des protocoles de communication Modbus RTU vs Modbus TCP.

CARACTERISTIQUES MODBUS RTU MODBUS TCP
Type de câble
  • RS-232, RS-422, RS-485
  • Communication en série
  • Ethernet TCP/IP
  • Communication sur Ethernet avec les protocoles TCP/IP

Vitesse maximale

  • 115 Kbps
  • Souvent suffisant pour les utilisations industrielles à petite échelle où les dispositifs maître-esclave sont proches.
  • 100 Mbps
  • Convient aux applications nécessitant le traitement de données volumineuses, une transmission de données plus rapide et des performances en temps réel.

Longueur

  • Jusqu'à 1200 mètres
  • Jusqu'à 100 mètres

Topologie

  • Daisy Chain
  • Supporte jusqu'à 32 esclaves sans répétiteurs et 247 avec répétiteurs
  • Star, Tree, Daisy Chain...
  • Jusqu'à 247 serveurs

Communication maître-esclave

  • Maître unique
  • Clients multiples

Sécurité

  • Difficile par rapport à TCP.
  • Peut être piraté après avoir obtenu un accès physique.
  • Plus vulnérable que les RTU.
  • Peut être piraté à distance par des hackers.

Intégration

  • Intégrable aux systèmes RTU existants et aux systèmes légaux.
  • Convient aux applications à faible niveau d'exigences matérielles, ainsi qu'aux applications maître-esclave très proches l'une de l'autre.
  • Largement intégrable grâce à la technologie Ethernet largement répandue.
  • Idéal pour les dispositifs disséminés sur de longues distances et sur plusieurs sites, nécessitant une surveillance et un contrôle à distance.

Coût

  • Les coûts de matériel et d'infrastructure sont faibles.
  • Toutefois, le coût du câblage augmente avec le nombre d'appareils et les facteurs de maintenance.
  • Coûts de câblage moins élevés car plus facile à installer et avec une infrastructure Ethernet existante.
  • Cependant, il nécessite un équipement et un dépannage avancés, dont le coût est élevé.

Application

  • Appareils proches les uns des autres, systèmes anciens, large gamme d'appareils de terrain, industries pétrolières et gazières, etc.
  • Systèmes distribués sur plusieurs sites, automatisation industrielle moderne nécessitant une communication Ethernet, systèmes SCADA pour la surveillance en temps réel, etc.

 

Les applications Modbus RTU vs Modbus TCP

 

Lorsqu'il s'agit d'applications réelles, le choix entre Modbus RTU et Modbus TCP dépend souvent des exigences spécifiques du système, de l'environnement et d'autres facteurs. Dans cette section, des cas d'utilisation typiques pour Modbus RTU et Modbus TCP, en soulignant leurs forces et leurs faiblesses dans différents scénarios.

 

Modbus RTU dans l'automatisation industrielle

Modbus RTU est largement utilisé dans les applications d'automatisation industrielle en raison de sa simplicité, de sa fiabilité et de sa rentabilité. Il est particulièrement bien adapté aux systèmes à petite échelle ou à la connexion d'appareils dans une zone localisée, telle qu'une usine ou un bâtiment.

Par exemple, Modbus RTU peut être utilisé pour connecter des contrôleurs logiques programmables (PLC) à divers capteurs, actionneurs et autres dispositifs d'une chaîne de production. Cela permet de surveiller et de contrôler des processus tels que la régulation de la température, le contrôle de la vitesse des moteurs ou la surveillance du niveau des fluides. Sa nature déterministe, qui garantit un temps de réponse fixe, est essentielle dans les applications sensibles au temps où la rapidité de la prise de décision et du contrôle est cruciale.

De même, dans les applications de réseaux intelligents, Modbus TCP peut permettre la communication entre les différents composants du réseau électrique, y compris les systèmes de production, de transmission et de distribution d'énergie. Cela facilite la surveillance, le contrôle et l'analyse des données en temps réel, ce qui permet d'optimiser les performances du réseau, de renforcer la fiabilité et d'améliorer l'efficacité énergétique.

 

Modbus TCP dans l'automatisation des bâtiments (automation building) et les réseaux intelligents (smart grid)

Modbus TCP est un choix idéal pour les applications qui nécessitent une mise en réseau étendue, un accès à distance ou une intégration avec d'autres systèmes basés sur IP. Dans l'automatisation des bâtiments, par exemple, Modbus TCP peut faciliter la communication entre divers systèmes de bâtiment, tels que les systèmes de chauffage, de ventilation, de climatisation (HVAC), d'éclairage et de sécurité. Cela permet de centraliser la surveillance et le contrôle, d'améliorer l'efficacité énergétique et d'optimiser le fonctionnement des bâtiments.

De même, dans les applications de réseaux intelligents, Modbus TCP peut permettre la communication entre différents composants du réseau électrique, y compris les systèmes de production, de transmission et de distribution d'énergie. Cela facilite la surveillance, le contrôle et l'analyse des données en temps réel, ce qui permet d'optimiser les performances du réseau, de renforcer la fiabilité et d'améliorer l'efficacité énergétique.

 

Applications hybrides

Dans certains cas, une approche hybride combinant Modbus RTU et Modbus TCP peut être la solution la plus appropriée. Par exemple, dans une grande installation industrielle, Modbus RTU peut être utilisé pour la communication locale entre les dispositifs au sein des lignes de production individuelles ou des sections, tandis que Modbus TCP peut être utilisé pour une communication de plus haut niveau entre les différentes sections ou pour l'accès et la surveillance à distance.

Cette approche hybride permet aux organisations de tirer parti des atouts des deux protocoles : la simplicité, la rentabilité et la nature déterministe de Modbus RTU pour la communication locale des appareils, et les capacités de mise en réseau, l'accès à distance et le potentiel d'intégration de Modbus TCP pour des exigences de communication plus étendues.

En conclusion

 

En conclusion, Modbus RTU et Modbus TCP sont tous deux des protocoles de communication largement utilisés dans les systèmes industriels d'automatisation et de contrôle. Bien que RTU soit le plus populaire jusqu'à présent, les avantages reconnus de TCP réduisent l'écart.

En fin de compte, le choix entre ces deux protocoles dépend de plusieurs facteurs que nous avons examinés ci-dessus et qui sont résumés dans le tableau ci-dessous. En évaluant soigneusement ces facteurs, les concepteurs de systèmes peuvent déterminer le meilleur protocole pour leur application spécifique et optimiser les performances du système.

FAQ Modbus RTU vs Modbus TCP

Modbus RTU et Modbus TCP peuvent-ils coexister dans le même système ?

Oui, Modbus RTU et Modbus TCP peuvent coexister dans le même système à l'aide de passerelles ou de convertisseurs de protocole. Ces dispositifs facilitent la communication entre les dispositifs utilisant des protocoles différents, ce qui permet une intégration transparente de Modbus RTU et de Modbus TCP dans le même réseau.

Est-il possible de convertir un système Modbus RTU existant en système Modbus TCP ?

La conversion d'un système Modbus RTU existant en Modbus TCP est possible, mais elle nécessite des changements importants au niveau de l'infrastructure de communication et des dispositifs utilisés dans le système.Les commutateurs et routeurs Ethernet doivent remplacer les émetteurs-récepteurs RS-485, et les appareils peuvent nécessiter des mises à jour ou des remplacements de microprogrammes pour supporter Modbus TCP.

Combien d'appareils peuvent être connectés à un réseau Modbus RTU ?

Un réseau Modbus RTU peut prendre en charge jusqu'à 32 appareils sans utiliser de répéteurs, et 247 appareils avec des répéteurs, dont un appareil maître et jusqu'à 246 appareils esclaves. Cependant, des limitations pratiques, telles que la longueur du câble, la dégradation du signal et le temps de réponse, peuvent limiter le nombre d'appareils dans une mise en œuvre réelle.

Qu'est-ce qu'un Modbus sans fil ?

Le Modbus TCP sans fil est une excellente solution pour les industries où les dispositifs maître et esclave sont situés à de grandes distances. Cela permet d'économiser le coût du câble (en particulier avec la montée en flèche du coût du métal), les frais de main-d'œuvre, les coûts de maintenance, etc. Cependant, les émetteurs et les récepteurs nécessaires à la communication ne sont pas gratuits. La fréquence et le module sans fil sont déterminés en fonction de l'application, et donc du coût.

Le bus de terrain est-il identique au Modbus ?

Bien qu'ils soient tous deux utilisés dans l'automatisation industrielle, ils diffèrent par leur architecture, leurs caractéristiques et la spécification de leur protocole. Le bus de terrain est davantage mis en œuvre dans les systèmes de contrôle industriel et utilise un groupe de protocoles (tels que FOUNDATION Fieldbus, Profibus-PA et DeviceNet), chacun ayant un objectif spécifique. Ils offrent des fonctionnalités avancées et permettent un contrôle décentralisé, en autorisant plusieurs appareils à communiquer sur un seul bus. En comparaison, Modbus est connu pour sa polyvalence, sa robustesse et sa simplicité. Il suit une architecture maître-esclave (où un maître initie la communication).

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