Interconnessione 4.0 con protocollo Modbus
Una guida tecnica e operativa per collegare macchine industriali via Modbus a un MES/ERP, rispettando i requisiti tipici dell’Interconnessione 4.0: scambio dati, tracciabilità, continuità, sicurezza e documentazione a supporto della perizia.
1) Che cosa significa “Interconnessione 4.0”
Nel linguaggio operativo delle perizie 4.0, una macchina si considera interconnessa quando è collegata a un sistema informatico di fabbrica (es. MES, SCADA, ERP, piattaforma cloud) e scambia dati in modo automatico, in maniera coerente e documentabile.
Requisiti tipici (operativi)
- Connessione di rete o seriale stabile
- Identificazione univoca della macchina (IP / ID / asset)
- Acquisizione dati produzione/stato/parametri
- Storicizzazione con timestamp affidabile
- Tracciabilità (ODL, ricetta, lotto, programma)
- Bidirezionalità quando necessaria (es. invio ricetta, start/stop, setpoint)
Documentazione che aiuta in perizia
- Schema di rete e indirizzamenti
- Tabella variabili Modbus (mappa registri)
- Log di comunicazione (letture/scritture)
- Screenshot dashboard MES con dati live
- Report di storicizzazione e audit trail
2) Modbus in breve: cosa devi sapere davvero
Modbus è uno dei protocolli industriali più diffusi per lo scambio dati con PLC e dispositivi. Il modello è semplice: si leggono e si scrivono coil e registri. Esistono due modalità principali: Modbus RTU (seriale) e Modbus TCP (Ethernet).
| Tipo | Descrizione | Esempio d’uso | Funzioni tipiche |
|---|---|---|---|
| Coils (0xxxx) | Bit in lettura/scrittura | Start/Stop, consenso, reset | 01, 05, 15 |
| Discrete Inputs (1xxxx) | Bit sola lettura | Finecorsa, sensori, allarmi | 02 |
| Input Registers (3xxxx) | Word sola lettura | Misure, contatori letti | 04 |
| Holding Registers (4xxxx) | Word in lettura/scrittura | Setpoint, ricette, parametri | 03, 06, 16 |
Nota pratica: la “numerazione” (0xxxx/1xxxx/3xxxx/4xxxx) spesso è solo convenzione. Quello che conta davvero è: indirizzo base, tipo e funzione.
3) Architettura tipica: macchina → gateway/PC → MES
L’interconnessione con Modbus di solito avviene tramite un gateway o un mini PC che esegue il connettore e dialoga con il PLC. Da lì i dati vanno nel database del MES e diventano disponibili a dashboard, report, ODL e tracciabilità.
Scenario A: Modbus TCP
- Macchina/PLC con IP statico (es. 192.168.1.50)
- Porta standard 502 (o custom)
- Polling ciclico (1s–10s, dipende dal caso)
- Persistenza su DB (timestamp + valori)
Scenario B: Modbus RTU (seriale)
- Linea RS-485, convertitore USB/seriale o gateway
- Parametri: baudrate, parity, stop bit, slave id
- Tempi più “delicati”: attenzione a timeouts e collisioni
- Spesso serve un cablaggio e terminazione corretti
Esempio di “mappa variabili” per interconnessione
| Variabile | Tipo | Indirizzo | Formato | Uso in MES |
|---|---|---|---|---|
| Stato macchina | Holding Reg | 40001 | INT16 | Running/Stop/Allarme |
| Contatore pezzi | Input Reg | 30010 | INT32 (2 registri) | Produzione cumulativa |
| Velocità linea | Input Reg | 30020 | FLOAT32 (2 registri) | KPI e performance |
| Setpoint temperatura | Holding Reg | 40100 | INT16 / scaled | Ricetta / parametri |
| Comando start | Coil | 00001 | BOOL | Avvio da MES (se previsto) |
4) La bidirezionalità: quando serve e come farla bene
In molte implementazioni “minime” si fa solo lettura. Tuttavia, per rafforzare l’interconnessione e renderla più completa, spesso si implementa almeno una forma di scrittura: invio di una ricetta, setpoint, reset contatori, selezione ODL, oppure start/stop (se consentito).
Pattern consigliato per scritture sicure
- Register comando (es. 40110) + register ack (es. 40111)
- Il MES scrive un codice comando e un “nonce”/contatore
- Il PLC applica e copia il valore su ACK
- Il MES verifica ACK prima di considerare completata la richiesta
Esempio logico:
1) MES scrive 40110 = 3 (RESET)
2) MES scrive 40112 = 1042 (request_id)
3) PLC esegue reset
4) PLC scrive 40111 = 3 (ACK comando)
5) PLC scrive 40113 = 1042 (ACK request_id)
6) MES valida e chiude la richiesta
5) Storicizzazione, timestamp e tracciabilità (la parte “che conta”)
Un punto critico dell’interconnessione è come trasformi la lettura Modbus in informazione utile e “auditabile”. La regola pratica è: ogni dato che entra deve avere contesto (quando, da quale macchina, con quale ODL/ricetta).
Timestamp: chi lo decide?
In Modbus spesso non esiste un timestamp “nativo” del PLC per ogni variabile. Quindi di norma il timestamp è quello del connettore (PC/gateway) al momento della lettura.
Se la macchina espone un tempo interno (registri data/ora), si può anche sincronizzare o verificare.
Tracciabilità: cosa agganciare
- ODL / commessa
- Ricetta / programma
- Lotto / batch (se disponibile)
- Stato macchina + allarmi
- Contatori e KPI
Struttura dati consigliata (esempio concettuale)
macchina_id = "LINEA_01"
protocollo = "MODBUS_TCP"
ip = "192.168.1.50"
timestamp = "2026-02-15 17:05:22"
variabili = [
{ tag:"stato", addr:"40001", type:"INT16", value:2 },
{ tag:"pezzi_fatti", addr:"30010", type:"INT32", value:15420 },
{ tag:"velocita", addr:"30020", type:"FLOAT", value:72.5 },
{ tag:"set_temp", addr:"40100", type:"INT16", value:185 }
]
6) Sicurezza e affidabilità (cosa guardano davvero in audit)
Modbus è semplice ma non nasce “sicuro”. Per un progetto serio (e per dormire tranquilli) conviene curare la parte di rete e segregazione: la macchina deve parlare solo con i sistemi autorizzati.
Misure minime consigliate
- IP statico e subnet definita
- VLAN / rete OT separata dalla rete uffici
- Firewall: aprire solo la porta necessaria (es. 502) verso il connettore
- Whitelisting IP (solo gateway/MES)
- Log e monitoraggio della connettività
Affidabilità del connettore
- Retry e backoff su timeout
- Riconnessione automatica
- Gestione “dati sporchi” e valori fuori scala
- Watermark/anti-duplicazione
- Buffer locale offline (se rete giù)
Consiglio pratico: se fai scritture Modbus, proteggile con regole di autorizzazione lato MES (ruoli) e logga sempre chi ha scritto, cosa e quando.
7) Checklist pronta per perizia / collaudo
Qui sotto trovi una checklist operativa che puoi riutilizzare nei verbali o nelle attività di collaudo.
- Rete: IP statico macchina, ping ok, porta Modbus raggiungibile
- Mappa registri: elenco variabili firmato/validato (indirizzo, tipo, scala)
- Letture live: dashboard mostra stato e contatori in tempo reale
- Storicizzazione: DB registra valori con timestamp e macchina_id
- Tracciabilità: ODL/ricetta correlati ai valori letti (quando disponibili)
- Bidirezionalità: test scrittura (anche solo setpoint/ricetta) + ACK
- Log: evidenza dei log di comunicazione e degli eventi chiave
- Sicurezza: rete OT segregata e regole firewall/whitelist applicate
Conclusione
L’interconnessione 4.0 via Modbus è un approccio robusto e molto diffuso: è semplice da implementare, si integra bene con gateway e MES, e permette di costruire una tracciabilità concreta. La differenza tra un collegamento “base” e un’interconnessione “forte” sta nella cura di: mappa variabili, storicizzazione, contesto (ODL/ricetta) e bidirezionalità controllata.
Vuoi che lo adatti al tuo caso tipico (es. tabella custom_letture, campi valore1..valoreX, PLC id, orari, e struttura MES) così lo puoi incollare direttamente nella tua documentazione aziendale?