Pasarelas Modbus y BACnet: tipos y cómo elegir una

Si pide presupuestos de una «pasarela Modbus» o una «pasarela BACnet», las respuestas pueden describir productos muy distintos. Uno transporta bytes serie por una red. Otro encamina peticiones Modbus hacia un bus RS-485. Otro une dos redes BACnet. Otro traduce registros en objetos BACnet. Otro es un pequeño ordenador que recoge datos de todos los equipos de la instalación y los envía a otro lugar. Cada uno resuelve un problema distinto, y un producto que hace bien una de estas funciones puede no hacer las demás en absoluto.

Esta guía clasifica los cinco y después ofrece una lista de comprobación y un método de dimensionamiento para elegir uno. La guía sobre pasarela de protocolos frente a puente transparente profundiza en la diferencia entre transportar tramas y traducir datos.

Cinco dispositivos llamados pasarela

Pasarelas Modbus RTU a Modbus TCP

Un cliente Modbus TCP envía su petición a la dirección IP de la pasarela, en el puerto TCP 502. El identificador de unidad de la petición designa el dispositivo serie. La pasarela envía la petición por el bus RS-485, espera la respuesta y la devuelve por TCP. El cliente ve cada contador serie como un dispositivo Modbus TCP.

Compruebe estos puntos antes de comprar una:

• Puertos serie. Cuántas líneas RS-485 tiene y si están aisladas. Cada línea es un bus con su propia velocidad en baudios.
• Encaminamiento por identificador de unidad. Si la pasarela asigna los identificadores de unidad a las direcciones serie uno a uno, o permite reasignarlos. Dos buses con un dispositivo en la dirección 1 necesitan una reasignación para compartir una dirección IP.
• Conexiones de clientes. Cuántos clientes TCP pueden conectarse a la vez. Todos comparten el mismo bus, así que sus peticiones se ponen en cola.
• Tiempos de espera. El tiempo de espera del cliente debe ser mayor que el tiempo de espera serie de la pasarela más el tiempo que una petición espera en la cola.
• RTU sobre TCP. Algunos productos solo transportan tramas RTU por TCP, con el CRC y sin la cabecera MBAP. Eso es un servidor de dispositivos serie, no una pasarela Modbus TCP, y el cliente debe configurarse para ello.

La guía sobre Modbus TCP y RTU muestra ambos formatos de trama, y la guía de cableado RS-485 trata el lado serie.

Routers BACnet y pasarelas BACnet

Un router BACnet conecta redes BACnet que usan distintos enlaces de datos, casi siempre buses MS/TP y BACnet/IP. No modifica los datos: un cliente en BACnet/IP lee los mismos objetos y propiedades que contiene el controlador MS/TP. Cada red situada detrás del router necesita un número de red único en la instalación. El router suele estar integrado en el controlador de supervisión del BMS. La guía sobre BACnet/IP y MS/TP trata el encaminamiento y la capacidad del bus.

Una pasarela BACnet traduce otro protocolo a BACnet. Una pasarela Modbus a BACnet, por ejemplo, consulta registros Modbus y presenta cada uno como un objeto BACnet, normalmente una entrada analógica o un valor analógico. Alguien tiene que configurar cada punto: el registro, el tipo de datos, el orden de palabras, la escala, las unidades y el objeto en que se convierte. La guía sobre BACnet y Modbus explica qué se pierde o se añade en esa asignación.

Para un traductor, pregunte:

• Cuántos puntos admite y si la licencia es por punto.
• Si admite escrituras en ambos sentidos y cómo gestiona la matriz de prioridades BACnet.
• Si admite suscripciones COV o solo sondeo.
• Qué ve un cliente BACnet cuando un dispositivo Modbus deja de responder: un valor obsoleto, un indicador de fallo en Status_Flags o Reliability, o nada.
• Si figura en la lista de BACnet Testing Laboratories (BTL), y para qué perfil de dispositivo.

Pasarelas IoT y de borde

Una pasarela IoT o de borde es un pequeño ordenador instalado en el emplazamiento. Lee los dispositivos de campo mediante sus propios protocolos y radios, almacena cada lectura con su marca de tiempo y reenvía los datos a una plataforma por MQTT, HTTPS o archivos. Muchas también ejecutan cálculos, paneles y alarmas en local, de modo que la instalación sigue funcionando cuando falla la conexión a internet.

Se diferencia de un convertidor de protocolos en tres aspectos. Guarda un historial en la instalación, y debe reenviar los datos almacenados con sus marcas de tiempo originales después de un corte. Normalmente se comunica con software, no con otro controlador. Y puede leer un protocolo sin servirlo: una pasarela que lee dispositivos BACnet/IP no presenta necesariamente sus propios datos como objetos BACnet a un BMS. Compruebe cada sentido que necesite.

Cómo elegir una pasarela

1. Defina la función. ¿Cuál de los cinco dispositivos anteriores necesita el proyecto? Anote el protocolo y el papel (cliente o servidor) en cada lado.
2. Enumere los dispositivos y los puntos. Cuente los dispositivos, los registros u objetos, y el intervalo de sondeo que necesita cada uno.
3. Compruebe las interfaces físicas. Líneas RS-485, aislamiento, puertos Ethernet, radios y el recorrido del cable hasta cada dispositivo.
4. Dimensione la carga de sondeo. Sume los sondeos de todos los clientes en cada bus serie, como en la sección siguiente.
5. Compruebe las escrituras por separado. Enumere cada escritura que necesita el proyecto y pruébela con el propietario del equipo.
6. Compruebe qué ocurre ante un fallo. Un dispositivo desconectado, la pasarela reiniciada, la red caída: los datos deben mostrar un hueco o un fallo, nunca un valor congelado que parezca en directo.
7. Compruebe la seguridad. Cuentas de usuario, acceso de gestión cifrado, TLS para los datos que salen de la instalación y cómo llegan las actualizaciones de firmware. Modbus y BACnet/IP, por sí solos, no tienen autenticación propia.
8. Compruebe la gestión a escala. Cómo se hace la copia de seguridad, la restauración y la actualización de la configuración de muchas pasarelas.
9. Compruebe el entorno. Alimentación, montaje, intervalo de temperatura y grado de protección de la envolvente para el cuadro o la sala técnica.
10. Pruébela. Haga una prueba piloto con los dispositivos reales y compare cada valor con la pantalla del dispositivo.

Dimensionar la carga de sondeo

Todos los clientes situados detrás de una pasarela serie comparten un mismo bus. Tome 10 contadores en un bus de 9.600 baudios con paridad par, donde cada lectura devuelve 25 bytes y cada contador tarda 5 ms en responder:

Ese ciclo es el tiempo que necesita un cliente para leer cada contador una vez. Si un BMS, una plataforma energética y un portátil de puesta en servicio sondean los mismos contadores a través de la pasarela, el bus transporta tres ciclos en cada intervalo de sondeo. Súmelos antes de fijar los intervalos. Un contador fuera de servicio también añade un tiempo de espera completo a cada ciclo de cada cliente, así que mantenga corto el tiempo de espera y bajo el número de reintentos. La guía de sondeo y reintentos muestra el efecto.

Dónde encaja el ZGW-20

El Gateway ZGW-20 es una pasarela de borde. Ejecuta Edge, que lee:

• Dispositivos Modbus TCP en la red de la instalación, y dispositivos Modbus RTU en un puerto serie (la entrada RS-485 de la placa de E/S en la versión Industrial, o un adaptador serie USB), o mediante una interfaz Modbus ZMB a través de la malla Zigbee.
• Dispositivos BACnet/IP como cliente, incluidos controladores MS/TP a través de un router BACnet de la instalación.
• Dispositivos Zigbee de EpiSensor y dispositivos Zigbee y LoRaWAN de terceros compatibles.

Edge guarda el historial en el Gateway, con paneles, cálculos y alertas. Reenvía los datos por MQTTS o HTTPS, o como archivos programados, y sirve valores seleccionados a un BMS o un sistema SCADA como registros Modbus TCP en el puerto 10502.

No es un convertidor de protocolos equivalente. No encamina MS/TP a BACnet/IP, no se conecta directamente a un bus MS/TP y no presenta sus datos como objetos BACnet. Un proyecto que solo necesita mostrar registros Modbus como objetos BACnet en un BMS existente necesita un traductor de protocolos. Un proyecto que necesita recoger, almacenar y analizar los datos en la instalación, y enviarlos a un BMS o a una plataforma, es aquello para lo que está pensado el Gateway.

Para probarlo con un dispositivo antes de comprar hardware, una Raspberry Pi configurada con System Manager ejecuta Edge con un dispositivo Zigbee o Modbus licenciado gratis, por ejemplo un contador Modbus de hasta 32 registros. Funciona desde una tarjeta microSD, así que úsela para evaluar, no en una instalación crítica para el negocio. Consulte evaluar Edge en una Raspberry Pi.