Demandez des devis pour une « passerelle Modbus » ou une « passerelle BACnet », et les réponses peuvent décrire des produits très différents. L’un fait passer des octets série sur un réseau. Un autre achemine des requêtes Modbus vers un bus RS-485. Un troisième relie deux réseaux BACnet. Un quatrième traduit des registres en objets BACnet. Un dernier est un petit ordinateur qui collecte les données de tout le site et les envoie ailleurs. Chacun résout un problème différent, et un produit qui fait bien l’une de ces choses peut ne pas faire les autres du tout.
Ce guide distingue les cinq, puis donne une liste de contrôle et une méthode de dimensionnement pour en choisir un. Le guide passerelle de protocole ou pont transparent approfondit la différence entre transmettre des trames et traduire des données.
Cinq appareils appelés passerelle
| Appareil | Ce qu’il fait | De chaque côté | Usage habituel |
|---|---|---|---|
| Serveur de périphérique série | Transporte les octets série dans une connexion TCP, sans les lire | RS-485 ou RS-232 vers TCP/IP | Prolonger une liaison série sur un réseau ; « RTU sur TCP » |
| Passerelle Modbus RTU vers TCP | Convertit chaque requête Modbus TCP en requête Modbus RTU sur le bus, et la réponse en sens inverse | Modbus RTU vers Modbus TCP | Permettre à un SCADA, une GTB ou un logiciel de lire des compteurs série par le réseau |
| Routeur BACnet | Transmet les messages BACnet entre des réseaux aux liaisons de données différentes | BACnet MS/TP vers BACnet/IP | Relier les automates d’étage au réseau du bâtiment |
| Traducteur de protocole | Fait correspondre les points d’un protocole aux objets ou aux registres d’un autre | Par exemple Modbus vers BACnet/IP | Présenter des compteurs Modbus à une GTB BACnet |
| Passerelle IoT ou edge | Lit les appareils sur plusieurs protocoles et radios, stocke les données et les transmet | Protocoles de terrain vers MQTT, HTTPS ou fichiers | Suivi énergétique, sites distants, plateformes de données |
Passerelles Modbus RTU vers Modbus TCP
Un client Modbus TCP envoie sa requête à l’adresse IP de la passerelle, sur le port TCP 502. L’identifiant d’unité de la requête désigne l’appareil série. La passerelle envoie la requête sur le bus RS-485, attend la réponse et la renvoie par TCP. Le client voit chaque compteur série comme un appareil Modbus TCP.
Vérifiez ces points avant d’en acheter une :
- Ports série. Le nombre de lignes RS-485 et leur isolation éventuelle. Chaque ligne est un bus avec son propre débit en bauds.
- Routage de l’identifiant d’unité. Si la passerelle fait correspondre les identifiants d’unité aux adresses série un pour un, ou permet de les réaffecter. Deux bus ayant chacun un appareil à l’adresse 1 exigent une réaffectation pour partager une même adresse IP.
- Connexions client. Le nombre de clients TCP pouvant se connecter en même temps. Tous partagent le même bus : leurs requêtes font donc la queue.
- Délais d’attente. Le délai d’attente du client doit dépasser le délai d’attente série de la passerelle, augmenté du temps qu’une requête passe dans la file.
- RTU sur TCP. Certains produits se contentent de faire passer des trames RTU dans TCP, avec le CRC et sans l’en-tête MBAP. C’est un serveur de périphérique série, pas une passerelle Modbus TCP, et le client doit être configuré en conséquence.
Le guide Modbus TCP ou RTU présente les deux formats de trame, et le guide du câblage RS-485 traite du côté série.
Routeurs BACnet et passerelles BACnet
Un routeur BACnet relie des réseaux BACnet qui utilisent des liaisons de données différentes, le plus souvent des bus MS/TP et BACnet/IP. Il ne modifie pas les données : un client sur BACnet/IP lit les mêmes objets et propriétés que ceux de l’automate MS/TP. Chaque réseau derrière le routeur doit avoir un numéro de réseau unique sur le site. Le routeur est souvent intégré à l’automate de supervision de la GTB. Le guide BACnet/IP ou MS/TP traite du routage et de la capacité des bus.
Une passerelle BACnet traduit un autre protocole en BACnet. Une passerelle Modbus vers BACnet, par exemple, interroge des registres Modbus et présente chacun comme un objet BACnet, généralement une entrée analogique ou une valeur analogique. Quelqu’un doit configurer chaque point : le registre, le type de données, l’ordre des mots, la mise à l’échelle, les unités et l’objet qu’il devient. Le guide BACnet ou Modbus explique ce qui se perd ou s’ajoute dans cette correspondance.
Pour un traducteur, demandez :
- Combien de points il transporte, et si la licence est facturée par point.
- S’il prend en charge les écritures dans les deux sens, et comment il gère le tableau de priorités BACnet.
- S’il prend en charge les abonnements COV, ou seulement l’interrogation.
- Ce que voit un client BACnet lorsqu’un appareil Modbus cesse de répondre : une valeur périmée, un indicateur de défaut dans Status_Flags ou Reliability, ou rien.
- S’il est certifié par les BACnet Testing Laboratories (BTL), et pour quel profil d’appareil.
Passerelles IoT et edge
Une passerelle IoT ou edge est un petit ordinateur installé sur site. Elle lit les appareils de terrain selon leurs propres protocoles et radios, stocke chaque mesure avec son horodatage et transmet les données à une plateforme par MQTT, HTTPS ou fichiers. Beaucoup exécutent aussi des calculs, des tableaux de bord et des alarmes en local, de sorte que le site continue de fonctionner quand la liaison internet tombe.
Elle diffère d’un convertisseur de protocole sur trois points. Elle conserve un historique sur site, et elle doit renvoyer les données stockées avec leurs horodatages d’origine après une coupure. Elle dialogue généralement avec un logiciel, pas avec un autre automate. Enfin, elle peut lire un protocole sans le servir : une passerelle qui lit des appareils BACnet/IP ne présente pas forcément ses propres données sous forme d’objets BACnet à une GTB. Vérifiez chaque sens dont vous avez besoin.
Comment choisir une passerelle
- Nommez la fonction. Lequel des cinq appareils ci-dessus le projet exige-t-il ? Notez le protocole et le rôle (client ou serveur) de chaque côté.
- Listez les appareils et les points. Comptez les appareils, les registres ou les objets, et l’intervalle d’interrogation requis pour chacun.
- Vérifiez les interfaces physiques. Lignes RS-485, isolation, ports Ethernet, radios et cheminement des câbles vers chaque appareil.
- Dimensionnez la charge d’interrogation. Additionnez les interrogations de tous les clients sur chaque bus série, comme dans la section suivante.
- Vérifiez les écritures séparément. Listez chaque écriture dont le projet a besoin et testez-la avec le propriétaire de l’équipement.
- Vérifiez le comportement en cas de défaillance. Appareil hors ligne, passerelle redémarrée, réseau coupé : les données doivent montrer un trou ou un défaut, jamais une valeur figée qui semble actuelle.
- Vérifiez la sécurité. Comptes utilisateur, accès d’administration chiffré, TLS pour les données qui quittent le site, et mode de livraison des mises à jour du firmware. Modbus et BACnet/IP de base n’ont pas d’authentification propre.
- Vérifiez la gestion à grande échelle. Comment sauvegarder, restaurer et mettre à jour la configuration de nombreuses passerelles.
- Vérifiez l’environnement. Alimentation, montage, plage de température et indice de protection du boîtier pour le tableau ou le local technique.
- Testez-la. Menez un pilote avec les vrais appareils et comparez chaque valeur avec l’afficheur de l’appareil.
Dimensionner la charge d’interrogation
Tous les clients derrière une passerelle série partagent un même bus. Prenons 10 compteurs sur un bus à 9 600 bauds avec parité paire, où chaque lecture renvoie 25 octets et chaque compteur met 5 ms à répondre :
Ce cycle est le temps nécessaire à un client pour lire chaque compteur une fois. Si une GTB, une plateforme énergétique et un ordinateur portable de mise en service interrogent tous les mêmes compteurs par la passerelle, le bus porte trois cycles dans chaque intervalle d’interrogation. Additionnez-les avant de fixer les intervalles. Un compteur hors ligne ajoute aussi un délai d’attente complet à chaque cycle de chaque client : gardez donc un délai d’attente court et peu de nouvelles tentatives. Le guide de l’interrogation et des nouvelles tentatives en montre l’effet.
La place du ZGW-20
Le Gateway ZGW-20 est une passerelle edge. Il exécute Edge, qui lit :
- les appareils Modbus TCP du réseau du site, et les appareils Modbus RTU sur un port série (l’entrée RS-485 de la carte d’E/S sur la version Industrial, ou un adaptateur série USB), ou par une interface Modbus ZMB sur le maillage Zigbee ;
- les appareils BACnet/IP en tant que client, y compris les automates MS/TP par l’intermédiaire d’un routeur BACnet du site ;
- les appareils Zigbee EpiSensor et les appareils Zigbee et LoRaWAN tiers pris en charge.
Edge conserve l’historique sur le Gateway, avec tableaux de bord, calculs et alertes. Il transmet les données par MQTTS ou HTTPS, ou sous forme de fichiers programmés, et il sert des valeurs choisies à une GTB ou à un système SCADA sous forme de registres Modbus TCP sur le port 10502.
Ce n’est pas un convertisseur de protocole équivalent. Il ne route pas MS/TP vers BACnet/IP, il ne se raccorde pas directement à un bus MS/TP et il ne présente pas ses données sous forme d’objets BACnet. Un projet qui a seulement besoin d’afficher des registres Modbus comme objets BACnet dans une GTB existante a besoin d’un traducteur de protocole. Un projet qui a besoin de collecter, stocker et analyser les données sur site, puis de les envoyer à une GTB ou à une plateforme, correspond à la vocation du Gateway.
Pour l’essayer avec un appareil avant d’acheter du matériel, un Raspberry Pi configuré avec System Manager exécute Edge avec un appareil Zigbee ou Modbus sous licence gratuite, par exemple un compteur Modbus de 32 registres au plus. Il fonctionne sur une carte microSD : utilisez-le pour évaluer, pas pour un site critique. Voir évaluer Edge sur un Raspberry Pi.
Questions fréquentes
Qu’est-ce qu’une passerelle Modbus ?
En général, un appareil qui relie des équipements Modbus RTU d’un bus RS-485 à un réseau Modbus TCP. Un client envoie une requête Modbus TCP à l’adresse IP de la passerelle, avec l’adresse de l’appareil série dans l’identifiant d’unité, et la passerelle l’envoie sur le bus puis renvoie la réponse. Le terme désigne aussi des appareils qui traduisent Modbus vers un autre protocole, comme BACnet ou MQTT.
Quelle est la différence entre un routeur BACnet et une passerelle BACnet ?
Un routeur BACnet relie deux réseaux BACnet aux liaisons de données différentes, comme MS/TP et BACnet/IP, et transmet les messages BACnet de l’un à l’autre sans les modifier. Une passerelle BACnet traduit un autre protocole, comme Modbus, en objets BACnet : sa table de points doit donc être configurée.
Qu’est-ce qu’une passerelle IoT ?
Un ordinateur installé sur site qui lit les appareils de terrain selon leurs propres protocoles et radios, stocke les mesures et les transmet à un logiciel distant, généralement par MQTT ou HTTPS. Beaucoup exécutent aussi des tableaux de bord, des calculs et des alarmes en local, de sorte que le site continue de fonctionner quand sa liaison internet tombe.
Une passerelle peut-elle convertir BACnet en Modbus ?
Oui. Un traducteur de protocole fait correspondre chaque propriété d’objet BACnet à un registre Modbus, ou chaque registre à un objet BACnet, avec son type de données et sa mise à l’échelle. Chaque point se configure : vérifiez donc la capacité en points, la prise en charge des écritures et la façon dont la passerelle signale une valeur qui n’a pas été mise à jour.