Modbus RTU ou Modbus TCP : différences, câblage et passerelles

Compteurs d'énergie, centrales de traitement d'air, variateurs, groupes froids, onduleurs : Modbus reste le protocole le plus répandu dans les équipements techniques du bâtiment. Mais il existe en deux variantes principales, Modbus RTU sur liaison série et Modbus TCP sur Ethernet, qu'il faut souvent faire cohabiter dans une même installation.

Ce guide explique leurs différences, les règles de câblage d'un bus RS-485 et les solutions pour relier les deux mondes.

Modbus en quelques mots

Modbus est un protocole de communication de type maître et esclave (on parle aussi de client et serveur). Le maître interroge, l'esclave répond ; un esclave ne prend jamais la parole de lui-même. Les données sont organisées en quatre tables :

Table	Accès	Contenu typique
Coils (bobines)	Lecture et écriture, 1 bit	Commandes marche et arrêt
Discrete inputs (entrées TOR)	Lecture seule, 1 bit	États, défauts
Input registers (registres d'entrée)	Lecture seule, 16 bits	Mesures
Holding registers (registres de maintien)	Lecture et écriture, 16 bits	Consignes, paramètres, souvent aussi des mesures

Une valeur de 32 bits, par exemple un index d'énergie ou un nombre flottant, occupe deux registres consécutifs. L'ordre de ces deux registres varie selon les fabricants : c'est la première source d'erreur en intégration.

Modbus RTU : la liaison série

Modbus RTU circule le plus souvent sur un bus RS-485 à deux fils (plus une référence commune). Un maître unique interroge des esclaves identifiés par une adresse de 1 à 247.

Les règles de câblage d'un bus RS-485

• Topologie en bus : les équipements sont chaînés les uns aux autres, sans dérivation en étoile.
• Résistances de terminaison aux deux extrémités du bus, généralement de 120 ohms.
• Câble à paire torsadée blindée, avec une gestion cohérente du blindage et du commun.
• Même vitesse et même format (débit, parité, bits de stop) sur tous les équipements du bus.
• Nombre d'équipements limité par la charge électrique du bus : au-delà, il faut un répéteur ou un second bus.

Ces règles expliquent la majorité des pannes de bus Modbus RTU : terminaison absente, dérivation trop longue, deux équipements à la même adresse ou vitesse différente.

Avantages et limites

Modbus RTU est simple, économique et présent sur presque tous les équipements. Mais un seul maître peut interroger le bus, le débit est faible et le diagnostic demande souvent un analyseur de trames.

Modbus TCP : Modbus sur Ethernet

Modbus TCP encapsule les mêmes requêtes dans des trames TCP/IP, sur le port 502 par défaut. Chaque équipement a une adresse IP ; un champ « Unit ID » reprend le rôle de l'adresse d'esclave, utile lorsqu'une passerelle relaie plusieurs esclaves série.

Avantages : plusieurs clients peuvent interroger le même équipement, l'infrastructure Ethernet existante est réutilisée, le débit est bien supérieur et le diagnostic se fait avec des outils réseau classiques.

Limites : il faut un plan d'adressage IP, une séparation des réseaux (VLAN) et une vraie politique de sécurité, car Modbus TCP ne chiffre ni n'authentifie les échanges.

Comparatif

Critère	Modbus RTU	Modbus TCP
Support	RS-485 (ou RS-232)	Ethernet
Adressage	Adresse d'esclave de 1 à 247	Adresse IP et Unit ID
Nombre de maîtres	Un seul	Plusieurs clients simultanés
Distance	Bus long, à condition de respecter les règles RS-485	100 m par segment cuivre, plus avec switchs ou fibre
Diagnostic	Analyseur série	Outils réseau standards
Usage typique	Compteurs, petits équipements, armoires	Automates, superviseurs, équipements récents

Relier Modbus RTU et Modbus TCP : deux approches

La passerelle Modbus

Elle convertit réellement le protocole : un superviseur envoie une requête Modbus TCP, la passerelle la traduit en Modbus RTU sur le bon port série et renvoie la réponse. Plusieurs clients TCP peuvent ainsi accéder au même bus série, ce que RTU seul ne permet pas.

Exemples : l'ATOP MB5904D dispose de 4 ports série et accepte 16 clients TCP et 32 esclaves ; les ATOP MB5908 et MB5916 montent à 8 et 16 ports série en rack 1U ; le Prosoft PLX31-MBTCP-MBS gère jusqu'à 400 équipements et 20 connexions Modbus TCP simultanées. Pour un site isolé, l'ATOP MB5901B ajoute une liaison 4G LTE.

Le serveur de ports série

Il transporte les octets série sur le réseau sans interpréter Modbus. Le logiciel côté PC voit un port COM virtuel, ou ouvre une connexion TCP brute. C'est la solution lorsque le logiciel du fabricant ne parle que série, ou pour des protocoles autres que Modbus.

Exemples : l'ATOP SE5201 (1 port, modes TCP, UDP et Virtual COM), les ATOP SE5908 et SE5916 en rack, ou le HWgroup PortBox2, qui propose aussi un mode tunnel série transparent entre deux boîtiers.

Besoin	Solution
Superviseur Modbus TCP qui doit lire un bus RTU	Passerelle Modbus
Plusieurs clients sur le même bus série	Passerelle Modbus
Logiciel constructeur qui n'accepte qu'un port COM	Serveur de ports série
Protocole série autre que Modbus	Serveur de ports série ou passerelle spécifique
Prolonger un bus série entre deux bâtiments	Serveurs de ports série en tunnel, ou fibre

Les catalogues complets sont dans les catégories passerelles Modbus et serveurs de ports série, et la gamme ATOP est présentée sur la page passerelles Modbus ATOP.

Les autres conversions courantes

Dans le bâtiment, Modbus doit aussi dialoguer avec d'autres protocoles :

• Modbus vers BACnet, pour intégrer un équipement Modbus dans une GTB BACnet : voir les passerelles BACnet ;
• Modbus vers MQTT, pour alimenter une plateforme IoT : certains serveurs de ports série comme l'ORing IDS-4312D+ convertissent Modbus TCP et RTU vers MQTT ;
• Modbus vers SNMP, pour la supervision informatique : les HWgroup Perseus Energy lisent des compteurs Modbus RTU et republient en SNMP, Modbus TCP, MQTT ou BACnet ;
• Modbus vers LoRaWAN, pour lire un équipement impossible à câbler.

Sécuriser une installation Modbus

Ni Modbus RTU ni Modbus TCP n'intègrent d'authentification : tout équipement qui peut joindre un esclave peut lire et, souvent, écrire ses registres. Sur un bus série enfermé dans une armoire, le risque reste limité. Dès que Modbus passe sur Ethernet, quelques règles s'imposent :

• isoler le réseau technique du réseau bureautique, par VLAN ou par un réseau physiquement séparé ;
• ne jamais exposer le port 502 sur Internet : l'accès distant passe par un tunnel VPN ;
• restreindre les clients autorisés lorsque la passerelle le permet, par filtrage d'adresses IP ;
• choisir des passerelles qui chiffrent l'administration et l'accès distant : les ATOP MB5908 et MB5916 intègrent par exemple OpenVPN et IPsec, et les ATOP SE59xx gèrent SNMPv3 et HTTPS.

Ces précautions valent aussi pour les serveurs de ports série, qui exposent sur le réseau des équipements conçus à l'origine pour une liaison locale.

Méthode de mise en service

1. Rassemblez les tables de registres de chaque équipement : adresse, type de table, format (entier signé ou non, flottant, 32 bits), unité et facteur d'échelle.
2. Vérifiez le décalage d'adresse : certaines documentations numérotent les registres à partir de 0, d'autres à partir de 1 ou avec un préfixe (40001 pour le premier holding register).
3. Testez avec un outil maître depuis un PC avant de configurer la GTB.
4. Validez l'ordre des mots des valeurs 32 bits sur une valeur connue, par exemple l'index affiché par un compteur.
5. Documentez le plan d'adressage et la table de correspondance finale.

Questions fréquentes

Un bus Modbus à intégrer ?

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