Les unités terminales distantes (RTU, Remote Terminal Units) sont largement utilisées dans les systèmes industriels. Elles collectent les données du terrain, surveillent les équipements et permettent la commande à distance.

Pour échanger des informations avec les capteurs, les automates et les systèmes de supervision, elles utilisent des protocoles de communication.

Il n’existe toutefois pas de protocole unique pour toutes les RTU. Selon le secteur et l’architecture du système, elles peuvent utiliser Modbus, DNP3, IEC 60870-5 ou d’autres standards.

Quels sont les principaux protocoles de communication RTU ? Quelles sont leurs différences et leurs applications ? Voyons comment ils fonctionnent et quels critères prendre en compte pour connecter des équipements au sein d’un même réseau.

Comment les protocoles de communication RTU gèrent-ils les données ?

Une RTU collecte généralement les informations provenant des équipements de terrain, comme les compteurs, les capteurs et les automates. Elle transmet ensuite ces données à un centre de contrôle ou à un système de supervision. Les opérateurs peuvent ainsi surveiller les installations et envoyer des commandes.

Le protocole de communication définit les règles d’échange des données. Il précise notamment la structure des messages, l’identification des informations et le déroulement des échanges.

Interrogation cyclique et transmission sur événement

Les systèmes RTU peuvent utiliser différentes méthodes pour transmettre les données.

Dans un système basé sur l’interrogation cyclique (polling), un maître ou un système de supervision demande des informations à une RTU. Celle-ci répond avec les données demandées. Modbus RTU utilise couramment ce modèle requête-réponse.

Certains protocoles prennent également en charge la transmission sur événement. La RTU peut alors signaler un changement important sans attendre une nouvelle interrogation. DNP3, par exemple, prend en charge les réponses spontanées (unsolicited responses). Une station distante peut ainsi transmettre des événements sans attendre une requête spécifique.

Le fonctionnement exact dépend du protocole et de sa configuration.

Communication série et communication IP

Les RTU peuvent communiquer par liaison série ou par réseau Ethernet.

Les liaisons série restent courantes dans les installations industrielles existantes. RS-232 et RS-485 servent souvent à connecter les RTU aux compteurs, aux automates et à d’autres équipements de terrain. Modbus RTU est un exemple courant de protocole série.

Ethernet et les réseaux IP permettent aux RTU de communiquer sur un réseau local ou étendu. Modbus TCP et IEC 60870-5-104 sont notamment conçus pour fonctionner sur des réseaux TCP/IP.

Il faut distinguer le protocole du support de communication. RS-485 définit les caractéristiques électriques de la transmission, tandis que Modbus RTU définit les règles d’échange des données sur une liaison série.

Les protocoles RTU selon les secteurs d’activité

Les besoins en matière de collecte de données, de supervision et de commande varient d’un secteur à l’autre. Les systèmes utilisant des RTU peuvent donc s’appuyer sur différents protocoles.

Réseaux électriques et postes électriques

Les réseaux électriques nécessitent des échanges fiables entre les postes distants, les centres de contrôle, les équipements de protection et les systèmes de surveillance.

Parmi les protocoles et standards courants, on trouve :

DNP3

DNP3 est utilisé dans les réseaux électriques et les applications de téléconduite. Il prend en charge la transmission de données structurées, les événements horodatés et les réponses spontanées, selon la configuration.

Ces fonctions sont utiles pour surveiller l’évolution des conditions sur des sites distants.

IEC 60870-5-101

IEC 60870-5-101 est un protocole de téléconduite conçu pour les échanges entre les systèmes de contrôle et les stations distantes. Il est notamment associé aux communications série dans les réseaux électriques.

IEC 60870-5-104

IEC 60870-5-104 adapte la couche applicative d’IEC 60870-5-101 aux réseaux TCP/IP. Il est utilisé lorsque les stations distantes doivent communiquer avec les centres de contrôle via Ethernet ou un réseau IP.

IEC 61850

IEC 61850 est un standard plus large dédié à l’automatisation des réseaux électriques, en particulier des postes électriques. Il définit des modèles de données et des services de communication pour favoriser l’interopérabilité des équipements.

IEC 61850 n’est pas simplement un autre protocole série pour RTU. Il est notamment utilisé dans les systèmes qui intègrent des équipements électroniques intelligents (IED), des contrôleurs de poste et d’autres dispositifs d’automatisation électrique.

Automatisation industrielle

Les systèmes d’automatisation industrielle regroupent souvent des automates, des modules d’E/S déportées, des compteurs et d’autres équipements de terrain. Le protocole dépend des appareils et de l’architecture de contrôle.

Modbus RTU

Modbus RTU est un protocole série largement utilisé dans l’industrie. Il fonctionne généralement sur RS-485 ou RS-232 et repose sur un modèle de communication maître-esclave, souvent décrit aujourd’hui avec les termes client-serveur.

Sa structure de message relativement simple convient aux échanges avec des automates, des régulateurs de température et des compteurs d’énergie.

Modbus TCP

Modbus TCP transporte les messages Modbus sur un réseau TCP/IP. Il est couramment utilisé entre des équipements Ethernet, comme les automates, les IHM et les systèmes de supervision.

Modbus RTU et Modbus TCP partagent le même protocole applicatif Modbus. Toutefois, leurs formats de communication et leurs mécanismes de transport sont différents.

PROFIBUS et PROFINET

PROFIBUS est un bus de terrain utilisé dans l’automatisation industrielle. Il permet notamment la communication entre les automates et les équipements de terrain décentralisés.

PROFINET est un standard Ethernet industriel. Il prend en charge les échanges entre les composants d’un système d’automatisation via Ethernet.

Ces deux technologies sont utilisées dans l’industrie, mais elles restent distinctes et ne sont pas interchangeables.

Gestion technique des bâtiments et IIoT

Les systèmes de gestion des bâtiments et les installations industrielles connectées peuvent réunir des RTU, des contrôleurs, des passerelles et des plateformes de supervision utilisant différentes technologies.

BACnet

BACnet est un protocole de communication conçu pour l’automatisation et le contrôle des bâtiments. Il permet les échanges entre des systèmes tels que le CVC (chauffage, ventilation et climatisation), l’éclairage et d’autres équipements techniques.

BACnet peut fonctionner sur différents types de réseaux, notamment BACnet/IP et BACnet MS/TP.

MQTT

MQTT est un protocole de messagerie léger, largement utilisé dans les applications IoT. Il repose sur un modèle de publication-abonnement (publish-subscribe).

Les équipements ou applications publient leurs données auprès d’un broker MQTT. Celui-ci transmet ensuite les messages aux clients abonnés.

MQTT n’est pas un protocole traditionnel de téléconduite RTU. Il peut toutefois être utilisé dans un système RTU pour transmettre les données vers une plateforme IoT, un service cloud ou une application de supervision à distance.

Quelles sont les différences entre les protocoles de communication RTU ?

Ces protocoles peuvent répondre à des besoins similaires de surveillance ou de commande. Ils présentent toutefois des différences importantes.

Protocole	Modèle de communication ou réseau	Applications courantes	Caractéristiques principales
Modbus RTU	Série, généralement RS-485 ou RS-232	Automatisation industrielle, compteurs, contrôleurs	Échanges simples de type requête-réponse
Modbus TCP	Ethernet/TCP/IP	Automates, IHM, réseaux SCADA	Messages Modbus transportés sur TCP/IP
DNP3	Implémentations série ou IP	Supervision et commande des réseaux électriques	Prise en charge des événements et des données horodatées
IEC 60870-5-101	Téléconduite série	Stations distantes des réseaux électriques	Échanges entre systèmes de contrôle et stations distantes
IEC 60870-5-104	TCP/IP	Téléconduite électrique sur réseau IP	Couche applicative IEC 60870-5-101 sur TCP/IP
IEC 61850	Communication Ethernet pour postes électriques	Automatisation des postes électriques	Modèles de données et services de communication normalisés
PROFIBUS	Bus de terrain	Automatisation industrielle	Communication entre automates et équipements de terrain
PROFINET	Ethernet industriel	Automatisation industrielle	Communication d’automatisation sur Ethernet
BACnet	Plusieurs types de réseaux	Gestion technique des bâtiments	Conçu pour le contrôle et la supervision des bâtiments
MQTT	TCP/IP, publication-abonnement	IoT et supervision à distance	Distribution des messages via un broker

Ce tableau donne une vue d’ensemble. Les fonctions réellement disponibles dépendent du profil utilisé, de l’implémentation et de la configuration des équipements.

Modèle de communication

Certains protocoles reposent principalement sur des échanges requête-réponse. D’autres prennent en charge la transmission d’événements ou la messagerie par publication-abonnement.

Modbus RTU repose généralement sur des requêtes envoyées par un maître ou un client. DNP3 prend en charge la transmission d’événements. MQTT utilise un modèle de publication-abonnement avec un broker.

Ces différences influencent la manière dont les données sont demandées, transmises et gérées en cas d’interruption de communication.

Réseau et transport

Les réseaux et les mécanismes de transport varient également.

Modbus RTU fonctionne généralement sur une liaison série. Modbus TCP et IEC 60870-5-104 utilisent TCP/IP. PROFIBUS et PROFINET appartiennent à deux technologies de réseau industriel distinctes.

Un équipement compatible avec un type de réseau ne peut donc pas nécessairement communiquer directement avec un appareil utilisant un autre réseau.

Représentation des données

Les protocoles diffèrent aussi dans leur manière d’identifier et de représenter les informations.

Modbus utilise des registres et des bobines (coils). DNP3 utilise des objets de données et prend en charge les informations événementielles. IEC 61850 s’appuie sur des modèles de données normalisés pour l’automatisation des réseaux électriques.

Ces différences sont importantes lorsqu’un système doit interpréter des données provenant d’un autre protocole. Une connexion réseau fonctionnelle ne garantit pas, à elle seule, que les données seront comprises par l’équipement destinataire.

Des protocoles RTU différents peuvent-ils fonctionner ensemble ?

Oui, mais l’interopérabilité dépend des protocoles utilisés, des capacités des équipements et du type de données à échanger.

Deux appareils utilisant des protocoles différents peuvent communiquer par l’intermédiaire d’un équipement adapté. Cependant, établir une connexion réseau ne suffit pas toujours. Les données doivent également être converties ou mises en correspondance avec un format compréhensible par le système destinataire.

Compatibilité entre Modbus RTU et Modbus TCP

Modbus RTU et Modbus TCP partagent le protocole applicatif Modbus, mais leurs formats de communication sont différents.

Un équipement Modbus RTU connecté en RS-485 ne peut pas nécessairement communiquer directement avec un appareil Modbus TCP sur Ethernet. Un convertisseur ou une passerelle adaptée peut être nécessaire pour relier les réseaux série et Ethernet.

Selon les équipements utilisés, cette solution permet à un automate, une IHM ou un système SCADA d’accéder aux données d’appareils Modbus série existants, sans devoir les remplacer.

Interopérabilité entre DNP3, IEC 60870 et IEC 61850

Les systèmes d’automatisation électrique peuvent réunir des équipements utilisant DNP3, IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-104 ou IEC 61850.

Ces standards ne sont pas directement interchangeables. Leurs modèles de données, leurs services de communication et leurs fonctions diffèrent.

Lorsqu’il faut échanger des informations entre ces protocoles, une passerelle de communication ou une solution d’intégration adaptée peut être nécessaire. Il faut vérifier les fonctions de conversion disponibles, en particulier pour les alarmes, les événements horodatés, les commandes et les données propres aux réseaux électriques.

Relier les protocoles RTU à MQTT

Certaines installations industrielles doivent transmettre les données de terrain à une plateforme IoT ou à une application de supervision dans le cloud.

Par exemple, un système peut collecter les mesures d’équipements Modbus RTU, puis transmettre certaines données à un broker MQTT. Cette architecture peut servir à alimenter des tableaux de bord à distance, centraliser la supervision ou collecter les données de plusieurs sites.

Une passerelle de protocoles industriels peut faciliter ce type de connexion. Selon les protocoles et les fonctions pris en charge, elle peut relier des équipements Modbus série à un réseau Ethernet, faciliter les échanges entre protocoles industriels ou transmettre des données de terrain vers des plateformes MQTT.

Avant de choisir une passerelle, vérifiez les protocoles compatibles, les interfaces disponibles, les fonctions de correspondance des données et les modes de communication. Toutes les passerelles ne peuvent pas convertir tous les protocoles ni préserver l’ensemble de leurs fonctions spécifiques.

Des fabricants spécialisés dans les communications industrielles, comme COME-STAR, proposent des passerelles et des convertisseurs pour différents besoins de mise en réseau. Le choix dépend des équipements et des fonctions nécessaires à l’application.

Comment choisir un protocole de communication RTU pour une nouvelle installation ou un système existant ?

Le choix d’un protocole doit partir des besoins de communication de l’installation. Il ne suffit pas de sélectionner le protocole le plus connu.

Voici quelques points à vérifier.

Identifier les équipements connectés

Dressez la liste des RTU, automates, compteurs, capteurs, contrôleurs et systèmes de supervision concernés.

Vérifiez les protocoles et les interfaces pris en charge par chaque appareil. Si l’installation comprend des équipements anciens, déterminez si leur protocole actuel doit être conservé.

Vérifier l’infrastructure réseau

Identifiez les liaisons utilisées : RS-232, RS-485, Ethernet ou réseau IP étendu.

Prenez également en compte la distance entre les équipements, la topologie du réseau et les besoins en communication série, en connectivité Ethernet ou en accès à distance.

Définir les besoins en matière de données

Déterminez quelles informations doivent être échangées :

• Mesures périodiques
• Alarmes et changements d’état
• Événements horodatés
• Commandes à distance
• Données historiques ou de diagnostic

Les protocoles ne prennent pas tous en charge les mêmes modèles de communication ni les mêmes structures de données. Vérifiez que le protocole et son implémentation répondent aux besoins de l’application.

Tenir compte des délais de réponse et de la fiabilité

Certaines applications reposent principalement sur une surveillance périodique. D’autres nécessitent une transmission rapide des alarmes ou des changements d’état.

Examinez les intervalles d’interrogation, les fonctions de transmission d’événements, le comportement après une interruption et les conditions du réseau.

Un protocole ne garantit pas, à lui seul, un délai de réponse ou un niveau de fiabilité précis.

Prévoir l’intégration

Si les équipements utilisent différents protocoles, vérifiez s’ils peuvent communiquer directement ou s’ils nécessitent un intermédiaire.

Contrôlez la compatibilité des protocoles, la correspondance des données et la prise en charge des commandes. Vérifiez également si les informations importantes, comme les horodatages et les indicateurs d’état, peuvent être conservées.

Évaluer l’environnement d’exploitation

Dans un environnement industriel, plusieurs caractéristiques doivent être prises en compte :

• Plage de température de fonctionnement
• Compatibilité électromagnétique et bruit électrique
• Exigences d’alimentation
• Montage et protection du boîtier
• Redondance des communications, si nécessaire

Ces facteurs peuvent influencer le choix des équipements utilisés pour la communication RTU, notamment les convertisseurs série, les équipements réseau et les passerelles de communication.

Foire aux questions

Une RTU est-elle un protocole ou un équipement ?

RTU désigne généralement une unité terminale distante (Remote Terminal Unit). Il s’agit d’un équipement qui collecte les données de terrain et communique avec les systèmes de supervision.

En revanche, « Modbus RTU » désigne un format de communication série spécifique de Modbus. Le sens du terme dépend donc du contexte.

Quelle est la différence entre Modbus RTU et Modbus TCP ?

Modbus RTU fonctionne généralement sur des liaisons série, comme RS-485 ou RS-232. Modbus TCP transporte les messages Modbus sur un réseau TCP/IP.

Les deux utilisent le protocole applicatif Modbus, mais leurs formats de communication et leurs exigences réseau diffèrent.

Quels protocoles sont couramment utilisés dans les RTU des réseaux électriques ?

DNP3 et IEC 60870-5-101/104 sont couramment utilisés pour la téléconduite des réseaux électriques.

IEC 61850 joue également un rôle important dans l’automatisation des postes électriques, notamment pour les échanges entre les équipements électroniques intelligents et les autres dispositifs d’automatisation.

Le choix dépend de l’architecture du système et des fonctions nécessaires.

Des équipements utilisant différents protocoles RTU peuvent-ils communiquer directement ?

Pas nécessairement. Les protocoles peuvent utiliser des formats de message, des modèles de données et des services de communication différents.

Une passerelle de communication ou une autre solution d’intégration peut être nécessaire pour convertir les données. Les fonctions requises doivent être vérifiées pour les équipements et l’application concernés.

Peut-on utiliser des protocoles RTU série sur Ethernet ?

Oui, dans certaines applications. Un convertisseur série-Ethernet ou une passerelle de communication peut permettre de connecter des équipements série à un réseau Ethernet.

Cependant, transporter des données série sur Ethernet n’est pas la même chose que convertir un protocole applicatif en un autre. La solution dépend du besoin : communication série transparente ou conversion des données au niveau du protocole.

Conclusion

Les protocoles de communication RTU permettent la supervision et la commande à distance dans les réseaux électriques, l’automatisation industrielle, la gestion technique des bâtiments et les applications IoT.

Modbus RTU, DNP3, IEC 60870, IEC 61850 et les autres protocoles présentent des différences en matière de modèle de communication, de réseau et de représentation des données. Comprendre ces différences aide les ingénieurs à vérifier la compatibilité des équipements et à concevoir les échanges entre le terrain et les systèmes de supervision.

Dans les installations qui combinent plusieurs protocoles, il faut vérifier à la fois la connectivité réseau et la compatibilité au niveau applicatif. Avec une prise en charge adaptée des protocoles et une architecture bien conçue, les équipements RTU existants peuvent souvent être intégrés à des réseaux de communication industriels plus larges.

Source : Adapté du blog technique sur les réseaux industriels de COME-STAR → https://www.come-star.com/fr/blog/rtu-protocol/