Modbus è un protocollo di comunicazione cruciale nell’automazione industriale e la sua importanza si è estesa a diverse applicazioni, inclusa la ricarica dei veicoli elettrici. Immagina di avere vari dispositivi in una fabbrica, come sensori, motori e altre apparecchiature, e di aver bisogno che comunichino tra loro per coordinare le loro azioni. Per ottenere questo, hai bisogno di un linguaggio comune che tutti comprendano, ed è qui che entra in gioco Modbus.

Modbus: che cos’è e come funziona

La capacità di Modbus di facilitare la comunicazione tra dispositivi elettronici in modo efficiente e affidabile lo rende uno strumento essenziale per ottimizzare la funzionalità dei nostri caricabatterie per auto elettriche. Il suo utilizzo assicura che i dispositivi possano comunicare e operare in armonia, migliorando sia l’efficienza che la sicurezza dei sistemi di ricarica.

Modbus è un protocollo di comunicazione, che è fondamentalmente un insieme di regole che consente ai dispositivi di scambiarsi informazioni. È come una lingua comune che permette a diversi tipi di apparecchiature elettroniche di comprendersi tra loro.

La storia di Modbus

Modbus è stato creato da Modicon (ora parte di Schneider Electric) alla fine degli anni ’70 ed è un protocollo di comunicazione aperto utilizzato per la trasmissione di informazioni attraverso reti seriali tra dispositivi elettronici.

In una rete Modbus, il dispositivo che richiede informazioni è chiamato master, mentre i dispositivi che rispondono a queste richieste sono conosciuti come slave. Questo sistema master-slave permette una comunicazione efficiente e strutturata, dove il master controlla la rete e gli slave rispondono ai suoi comandi.

Tipi di Modbus e come funzionano

A seconda delle esigenze del progetto e dei dispositivi tra cui si desidera effettuare l’interconnessione, si utilizzano uno o altri tipi di protocolli Modbus. Di seguito ti spieghiamo i tipi di Modbus più utilizzati.

Connessione sulla scheda di Trydan per Modbus

Che cos’è Modbus RTU (Remote Terminal Unit) e come funziona?

Modbus RTU è una versione del protocollo Modbus che utilizza codifica binaria e una robusta verifica degli errori tramite CRC (Cyclic Redundancy Check). Questo protocollo è ampiamente utilizzato in applicazioni industriali grazie alla sua semplicità e affidabilità. I dati vengono trasmessi in byte di 8 bit tramite connessioni seriali, con velocità che vanno da 1.200 fino a 11.5200 bit per secondo, sebbene la maggior parte dei dispositivi operi a velocità fino a 38.400 bit per secondo.

In una rete Modbus RTU, un master controlla la comunicazione con uno o più slave, ciascuno identificato da un indirizzo unico. Il master invia messaggi che includono l’indirizzo dello slave destinatario, e gli slave rispondono solo se riconoscono il proprio indirizzo. Questa struttura permette una comunicazione organizzata ed efficiente, riducendo gli errori e migliorando l’affidabilità dei sistemi di automazione. Ad esempio, in V2C realizziamo la connessione Modbus RTU con Trydan.

Ecco le sue caratteristiche:

• Trasmissione seriale: Utilizza linee di comunicazione seriali, come RS-232, RS-485, ecc.
• Formato di messaggio compatto: I messaggi sono compatti, il che consente una trasmissione più rapida ed efficiente.
• Modalità binaria: I dati vengono trasmessi in un formato binario, il che significa che si usano bit (0 e 1).

Vantaggi del Modbus RTU:

• Ideale per distanze brevi e medie.
• Semplice ed economico per installazioni piccole o medie.

Limitazioni del Modbus RTU:

• Limitazioni di distanza e velocità.
• Numero limitato di dispositivi che possono essere collegati sulla stessa linea di comunicazione.

Che cos’è Modbus RS-485 (Recommended Standard 485) e come funziona?

Modbus RS-485 è un’implementazione del protocollo Modbus che utilizza lo standard di comunicazione RS-485 per la trasmissione dei dati. RS-485 è uno standard di comunicazione seriale che si distingue per la sua capacità di consentire lunghe distanze e più dispositivi su una sola linea di comunicazione.

Rispetto ad altri standard, RS-485 offre vantaggi significativi in termini di robustezza e flessibilità. Permette che la comunicazione avvenga a distanze fino a 1.200 metri e supporta velocità di trasmissione che variano da 300 fino a 10.000 bit per secondo, adattandosi alle diverse esigenze delle applicazioni industriali.

In una rete Modbus RS-485, la struttura di comunicazione è generalmente master-slave, simile a quella del Modbus RTU. Il dispositivo master controlla la rete e invia messaggi a uno o più dispositivi slave, ciascuno con un indirizzo unico. I dispositivi slave rispondono unicamente alle richieste indirizzate al loro specifico indirizzo, il che permette una comunicazione ordinata ed efficiente.

Ecco le sue caratteristiche principali:

• Trasmissione differenziale: RS-485 utilizza linee di trasmissione differenziali, il che aumenta la resistenza alle interferenze e migliora la qualità del segnale su lunghe distanze.
• Multipunto: Supporta la connessione di più dispositivi (fino a 32 nella maggior parte delle configurazioni) su una sola linea di comunicazione, facilitando l’espansione della rete.
• Velocità regolabili: Le velocità di trasmissione possono essere regolate in base alle esigenze del sistema, il che fornisce flessibilità nella configurazione della rete.

Esempio di come Trydan comunica con questo tipo di Modbus

Vantaggi del Modbus RS-485:

• Comunicazione a lunga distanza: Ideale per applicazioni che richiedono la trasmissione di dati su lunghe distanze senza perdita significativa di qualità.
• Capacità di collegare più dispositivi: Consente il collegamento di numerosi dispositivi su una sola linea di comunicazione, semplificando l’infrastruttura di rete.
• Resistenza alle interferenze: La trasmissione differenziale riduce l’impatto delle interferenze elettromagnetiche, migliorando l’affidabilità in ambienti industriali.

Limitazioni del Modbus RS-485:

• Complessità nella configurazione: L’implementazione di reti RS-485 può essere più complessa rispetto ad altri standard a causa della necessità di terminazione e polarizzazione adeguata delle linee.
• Velocità massime variabili: Sebbene offra flessibilità nella velocità, le lunghe distanze possono limitare la velocità massima raggiungibile.

Che cos’è Modbus TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) e come funziona?

Modbus TCP è stato sviluppato per sfruttare le infrastrutture di rete LAN esistenti, permettendo la comunicazione attraverso reti Ethernet. Attualmente viene utilizzato per qualsiasi connessione tra dispositivi connessi a internet.

Questo protocollo incapsula i messaggi Modbus RTU in pacchetti TCP, il che facilita la loro trasmissione su reti Ethernet standard. Uno dei principali vantaggi del Modbus TCP è la sua capacità di connettere un numero illimitato di dispositivi, grazie all’uso di indirizzi IP invece delle limitazioni di indirizzamento dei protocolli seriali.

In questo contesto, Modbus TCP ridefinisce la relazione master-slave in termini di client-server, permettendo una comunicazione più flessibile e scalabile. I dispositivi possono agire come client o server, facilitando l’integrazione di più sistemi e migliorando l’efficienza delle comunicazioni nelle reti industriali.

Ecco le sue caratteristiche:

• Trasmissione tramite rete: I dati vengono inviati attraverso reti Ethernet, come quelle che usi per connetterti a Internet.
• Formato di messaggio: I messaggi vengono incapsulati in pacchetti TCP/IP, che è uno standard di comunicazione nelle reti.
• Connessioni IP: Ogni dispositivo ha un indirizzo IP unico, come un indirizzo in una città.

Vantaggi:

• Ideale per lunghe distanze e grandi reti.
• Maggiore velocità di comunicazione.
• Facile integrazione con altre reti e sistemi.

Svantaggi:

• Può essere più costoso a causa dell’infrastruttura di rete.
• Richiede conoscenze più avanzate per configurare e mantenere.

Che cos’è Modbus ASCII e come funziona?

Modbus ASCII è una versione più vecchia del protocollo che utilizza caratteri ASCII stampabili per rappresentare i dati. Sebbene questo protocollo sia stato in gran parte sostituito da Modbus RTU e TCP, viene ancora utilizzato in alcune applicazioni specifiche dove la leggibilità dei dati è una priorità. La struttura del messaggio in Modbus ASCII è simile a quella del RTU, ma tutti i dati vengono espressi in formato esadecimale, il che facilita l’analisi manuale delle comunicazioni.

Che cos’è Modbus Plus e come funziona?

Modbus Plus è un protocollo di rete ad alta velocità basato sulla comunicazione tramite un bus di token. Questo protocollo è un sistema completo che include sia il livello fisico che quello di collegamento dati, permettendo una comunicazione deterministica e di alta affidabilità in applicazioni industriali. Modbus Plus utilizza lo standard RS485 per il livello fisico e il protocollo HDLC per il livello di collegamento dati, trasmettendo dati a velocità fino a 1 Mbps.

Componenti base del protocollo Modbus

Master e slave

• Master: È il dispositivo che avvia le richieste e controlla la comunicazione. Ad esempio, un computer che supervisiona i dati.
• Slave: Sono i dispositivi che rispondono alle richieste del master. Possono essere sensori, attuatori, ecc.

Messaggi Modbus

I dati vengono inviati in pacchetti chiamati messaggi Modbus. Questi messaggi contengono informazioni su quale azione eseguire e i dati necessari per quella azione.

Architettura base del protocollo Modbus: Messaggi e funzionamento

L’architettura del protocollo Modbus si basa su una struttura di messaggi semplice e coerente, indipendentemente dal tipo di interfaccia fisica utilizzata. Questa flessibilità permette che lo stesso protocollo venga utilizzato in diversi tipi di connessioni, come RS232, RS485 o Ethernet. Ogni messaggio Modbus include quattro elementi base: indirizzo del dispositivo, funzione, dati e codice di verifica degli errori. Questa coerenza facilita l’analisi e il debug delle comunicazioni, migliorando l’interoperabilità tra dispositivi di diversi produttori.

Come connettere una rete Modbus: passi e considerazioni

Per connettere una rete Modbus, è essenziale considerare diversi fattori, inclusa la connessione fisica, il mapping dei registri e i parametri di comunicazione. Modbus RTU utilizza connessioni seriali RS485 o RS232, mentre Modbus TCP impiega reti Ethernet. È cruciale ottenere la documentazione del produttore per comprendere come devono essere indirizzati i registri e definire i parametri di comunicazione adeguati, come la velocità in baud e l’identificazione dello slave.

Vantaggi dell’utilizzo di Modbus nell’automazione industriale

Il protocollo Modbus offre numerosi vantaggi nelle applicazioni di automazione industriale, inclusa la sua architettura semplice ma efficace, la facilità di integrazione e l’elevata affidabilità. La struttura master-slave del Modbus RTU permette una comunicazione efficiente, mentre il Modbus TCP offre una velocità di dati elevata e una connettività quasi illimitata in reti Ethernet. La semplicità della sua implementazione e l’assenza di costi di licenza hanno contribuito alla sua adozione generalizzata nell’industria.

Limitazioni e sfide del protocollo Modbus

Nonostante i numerosi vantaggi, il protocollo Modbus presenta anche alcune limitazioni. Ad esempio, il Modbus RTU ha capacità di diagnostica limitate e richiede una fonte di alimentazione indipendente per i dispositivi. Il Modbus TCP, sebbene più avanzato, è stato progettato in un’epoca in cui i tipi di dati erano meno complessi, il che limita la sua capacità di gestire oggetti binari grandi e altri tipi di dati moderni. Inoltre, la struttura master-slave di Modbus può essere meno efficiente in applicazioni che richiedono comunicazione bidirezionale simultanea.

Integrazione di Modbus con i caricatori per auto elettriche V2C

L’integrazione del protocollo Modbus nei nostri caricatori per auto elettriche V2C permette una comunicazione efficiente e affidabile con altri dispositivi del sistema di ricarica, come inverter e contatori intelligenti.

Ad esempio, il punto di ricarica Trydan utilizza Modbus RTU per operare da remoto e ottenere dati dai contatori intelligenti, facilitando la gestione della ricarica e l’integrazione con sistemi fotovoltaici. Questa capacità di comunicazione avanzata migliora l’efficienza e la sicurezza dei sistemi di ricarica dei veicoli elettrici, assicurando prestazioni ottimali e una migliore esperienza per gli utenti.

Ti consigliamo di consultare la nostra area di Integrazione fotovoltaica per Trydan, dove potrai trovare tutti i dispositivi con cui puoi fare un’integrazione con Trydan.

Modbus uno strumento essenziale nell’industria del futuro

Il protocollo Modbus è uno strumento essenziale nell’automazione industriale, offrendo una comunicazione efficiente e affidabile tra dispositivi elettronici. La sua adozione in applicazioni di ricarica di veicoli elettrici dimostra la sua versatilità e capacità di migliorare l’efficienza e la sicurezza dei sistemi di ricarica. In sintesi, Modbus è una scelta popolare ed efficace per la comunicazione nelle reti industriali, grazie alla sua semplicità, flessibilità e alto grado di interoperabilità.