Comprender el direccionamiento y la estructura de trama Modbus

Al integrar equipos heredados o construir una pasarela IIoT, dominar el framing Modbus ahorra horas de diagnóstico. Esta guía explica el modelo de direccionamiento y cómo se ensamblan las tramas RTU/TCP en proyectos reales.

1. Direccionamiento lógico vs. físico

Las direcciones Modbus son base cero, pero muchos manuales del fabricante usan notación base uno. Confirma siempre:

• 40001 (manual) equivale al registro holding dirección 0 en código.
• Bobinas (0xxxx), entradas discretas (1xxxx), registros de entrada (3xxxx), registros holding (4xxxx).
• El identificador de unidad importa en pasarelas que enlazan múltiples dispositivos.

2. Anatomía de una trama RTU

| Dirección | Función | Datos ... | CRC |
  1 byte     1 byte    N bytes    2 bytes

Ejemplo: lectura de dos registros holding del esclavo 0x11

Request: 11 03 00 6B 00 02 CRC
Response: 11 03 04 02 2B 00 00 CRC

Consejos:

• Respeta los intervalos de silencio de 3,5 tiempos de carácter entre tramas.
• Alinea baudrate, paridad y bits de parada en todos los nodos.
• Vigila errores de CRC por ruido; agrega blindaje y buena puesta a tierra.

3. Anatomía de una trama TCP

Modbus TCP encapsula los datos PDU en un encabezado MBAP:

| ID de transacción | ID de protocolo | Longitud | Unit ID | Función | Datos |
       2 bytes            2 bytes        2 bytes    1 byte    1 byte   N bytes

• El ID de transacción ayuda a casar respuestas en clientes asíncronos.
• El ID de protocolo siempre es 0x0000.
• La longitud incluye Unit ID + Function + Data.

4. Mapeo de dispositivos a direcciones

Crea una hoja de cálculo con el mapa de registros que incluya:

Mantén el mapa versionado y compártelo con equipos OT/IT.

5. Flujo de resolución de problemas

1. Verifica cableado y resistencias de terminación (120 Ω) en redes RS-485.
2. Usa un analizador de protocolo (Modbus Poll, QModMaster, Wireshark) para inspeccionar tramas.
3. Revisa diagnósticos: muchos PLC exponen contadores de errores Modbus (timeout, CRC, excepciones).
4. Consulta códigos de excepción (por ejemplo 0x02 dirección ilegal de datos) para ajustar consultas.

6. Decodificador Python de ejemplo

import struct

EXCEPTION_CODES = {
    0x01: "Función ilegal",
    0x02: "Dirección de datos ilegal",
    0x03: "Valor de datos ilegal",
    0x04: "Falla del esclavo"
}


def parse_modbus_response(frame: bytes) -> dict:
    address, function = frame[0], frame[1]
    length = frame[2]
    data = frame[3:3 + length]
    crc = struct.unpack('<H', frame[-2:])[0]

    if function & 0x80:
        return {"address": address, "error": EXCEPTION_CODES.get(data[0], "Desconocido"), "crc": crc}

    return {
        "address": address,
        "function": function,
        "data": list(data),
        "crc": crc,
    }

7. Estrategias para plantas reales

• Implementa pruebas automáticas que validen mapas Modbus tras cambios de firmware.
• Documenta retardos de comunicación aceptables por celda; sirven para detectar congestión.
• Considera gateways redundantes cuando múltiples líneas dependen de la misma infraestructura Modbus.

Dominar el direccionamiento y las tramas de Modbus aporta tranquilidad a integradores y operadores. Con mapas claros, monitoreo y buenas prácticas de cableado, el protocolo sigue siendo un aliado confiable en la automatización moderna.