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Modbus TCP verso il cloud — monitoraggio Ethernet 4G e MQTT

Monitorare le vostre apparecchiature Modbus TCP/IP tramite Ethernet o 4G, leggere i registri Holding/Input/Coil e inviare i dati ad AWS IoT.

In breve
Una passerella Modbus TCP verso il cloud si collega tramite Ethernet (o Wi-Fi) alle vostre apparecchiature Modbus TCP/IP, interroga i loro registri Holding, Input e Coil, quindi pubblica i valori tramite MQTT TLS verso AWS IoT Core, Azure IoT Hub o Eziwan Cloud. La connessione al cloud avviene tramite Ethernet fissa o 4G LTE a seconda della disponibilità di rete del sito.

Modbus TCP: il protocollo Ethernet per l’industria​

Modbus TCP/IP è la variante Ethernet del protocollo Modbus, standardizzata nel 1999. Mantiene il modello master/slave e la struttura dei registri (Holding, Input, Coil, Discrete Input) di Modbus RTU, ma li trasporta sulla porta TCP/IP 502. Risultato: Modbus TCP si integra naturalmente nelle reti IT aziendali, pur rimanendo compatibile con l’ecosistema Modbus esistente.

I suoi vantaggi rispetto a Modbus RTU:

  • Velocità: 100 Mbit/s contro un massimo di 115 kbps in RS485
  • Topologia libera: nessuna limitazione a 32 nodi su un bus lineare
  • Multi-master: più client possono interrogare lo stesso slave
  • Distanza: Ethernet standard fino a 100 m, fibra ottica per lunghe distanze

Architettura di connessione Modbus TCP → cloud​

Il gateway funge da client Modbus TCP (master) nei confronti delle apparecchiature locali e da client MQTT nei confronti del cloud. Si colloca tra la rete OT e la rete cloud.

LivelloApparecchiature / Protocollo
Campo (apparecchiature)Controllori, variatori, contatori con porta Ethernet
Rete LAN industrialeSwitch Ethernet, VLAN OT
GatewayEziwan Gateway (client Modbus TCP + client MQTT)
Trasporto cloudMQTT su TLS 1.3 / 4G LTE o Ethernet WAN
CloudAWS IoT Core, Azure IoT Hub, Eziwan Cloud
ApplicazioneDashboard, avvisi, API REST, reportistica

Lettura dei registri Modbus TCP: tipi di dati supportati​

Il gateway interroga tutti i tipi di registri Modbus TCP definiti dallo standard:

Registri a 16 bit:

  • Registri di mantenimento (FC03) — lettura/scrittura, valori di processo (setpoint, parametri)
  • Registri di ingresso (FC04) — sola lettura, misurazioni in tempo reale (corrente, tensione, portata)

Bit discreti:

  • Bobine (FC01/FC05) — lettura/scrittura, uscite logiche (relè, comandi)
  • Ingressi discreti (FC02) — solo lettura, ingressi logici (stati, guasti)

Tipi di dati codificati:

  • INT16, UINT16 (1 registro)
  • INT32, UINT32, FLOAT32 IEEE 754 (2 registri, Big Endian o Little Endian)
  • INT64, DOUBLE (4 registri)
  • STRING ASCII

Invio MQTT verso AWS IoT, Azure IoT Hub o Eziwan​

Una volta letti i registri, il gateway pubblica le misurazioni sul broker MQTT di destinazione. Sono supportate le tre principali piattaforme:

AWS IoT Core

  • Connessione tramite MQTT su TLS alla porta 8883
  • Autenticazione tramite certificato x509 AWS
  • Regole IoT verso DynamoDB, S3, Lambda o QuickSight

Azure IoT Hub

  • Connessione tramite AMQP o MQTT TLS
  • Device Twin per la configurazione remota
  • Stream Analytics per l’elaborazione in tempo reale

Eziwan Cloud

  • Configurazione "zero-touch", nessuna infrastruttura da gestire
  • Dashboard preconfigurata con unità industriali
  • Avvisi via SMS/e-mail in meno di 30 secondi

Polling e ottimizzazione della frequenza di acquisizione​

La scelta della frequenza di polling influisce sia sull’aggiornamento dei dati che sul consumo di dati mobili.

Tipo di misuraFrequenza consigliata
Grandezze elettriche (P, Q, I, U)Da 1 a 10 s
Temperature di processoDa 30 s a 5 min
Livelli, portateDa 1 a 5 min
Stati discreti (allarmi)da 1 a 5 s
Contatori (energia, volume)da 5 a 15 min

Il gateway può anche essere configurato in modalità on-change: un valore viene trasmesso solo se varia di un importo configurabile (deadband), il che riduce significativamente il volume dei dati.

Supervisione multisito: l’architettura centralizzata​

Per un complesso costituito da diversi siti industriali, si ripete la stessa struttura:

  1. Un gateway per ogni sito, ciascuno dei quali interroga le proprie apparecchiature Modbus TCP locali
  2. Tutti i gateway pubblicano dati verso lo stesso broker MQTT cloud (o su argomenti distinti per ogni sito)
  3. Un’unica interfaccia di monitoraggio centralizza tutti i siti
  4. Gli avvisi sono configurati a livello globale con un sistema di escalation per ogni sito

Questa architettura centralizzata con gateway locali rappresenta lo standard della telesorveglianza industriale multisito.

Domande frequenti

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