Digitaalisen Modbus-tiedonsiirron edut verrattuna analogisen signaalin lähetykseen

Vaikka analogisilla mittapäillä ja analogisella tiedonkeruuteknologialla on paljon tarjottavanaan, niihin liittyy myös erinäisiä riskejä. Modbus on digitaalinen tiedonsiirtoprotokolla, joka ratkaisee monet näistä ongelmista. Tämä on ensimmäinen blogikirjoitus kolmen Modbusia koskevan kirjoituksen sarjasta. Tässä kirjoituksessa esittelemme tämän laajalti käytetyn kenttäväyläprotokollan, kerromme sen eduista sekä tarkastelemme, miten sitä käytetään Vaisalan laitteissa.

Mikä on Modbus?
Modiconin vuonna 1979 kehittämä Modbus on yksi vanhimmista kenttäväyläprotokollista. Alkuperäisenä tarkoituksena oli luoda avoin protokolla. Tämän onnistuneen strategian johdosta Modbus on nyt alan standardiprotokolla, ja useimmat PLC-ohjausjärjestelmien valmistajat tukevat sitä, koska sen käyttöön ei tarvita lisenssejä eikä omistusoikeudellisia laitteita ja sen käyttäminen ohjausjärjestelmässä on maksutonta. Vaisalan tuotteissa käytetään joko Modbus RTU ‑protokollaa, joka perustuu joko RS-232- tai RS-485-protokollaan, tai Modbus TCP/IP ‑protokollaa, joka käyttää Ethernet-verkkoa. Yksi mahdollinen Modbus-protokollan haittapuoli erityisesti tiedonsiirrossa sarjaväylän kautta (RS-485) on, että jos kokoonpanossa on samassa verkossa käytössä usean eri valmistajan mittalaitteita, niiden välillä voi esiintyä yhteensopivuusongelmia. 

Vaisala Indigo201 ‑analogilähetin
Vaisalan Indigo-alustaa käytetään laajalti monenlaisissa haastavissa teollisuussovelluksissa. Tuote koostuu analogisesta lähettimestä sekä siihen kytketystä älykkäästä, vaihdettavasta mittapäästä, joka mittaa esimerkiksi suhteellista kosteutta, lämpötilaa, kastepistettä sekä hiilidioksidi- tai vetyperoksidipitoisuutta. Indigo-yhteensopiva mittapää, jota voi käyttää myös itsenäisenä yksikkönä ilman lähetintä, suorittaa kaikki laskelmat ja mittaukset digitaalisesti. Mittapää välittää tiedot lähettimeen, joka lähettää ne sitten PLC-ohjausjärjestelmään analogisessa muodossa.

Image

Analogisen signaalin lähetyksen ongelma
Tyypillisesti digitaalisessa kosteusmittapäässä – tässä tapauksessa Vaisala HMP3 ‑mittapäässä – on kaksi anturia: yksi, joka mittaa lämpötilaa, kuten PT100-anturi, ja toinen, joka mittaa suhteellista kosteutta, esimerkiksi Vaisala HUMICAP^® ‑anturi. Varsinaisesti nämä anturit itse asiassa mittaavat vastuksen ja kapasitanssin muutoksia. Mittapää muuntaa analogiset signaalit digitaalisiksi tiedoiksi, tekee tarvittavat laskelmat lämpötilan ja suhteellisen kosteuden saamiseksi ja lähettää tarkat digitaaliset tiedot analogiseen Indigo201‑lähettimeen. Lähetin muuntaa tämän signaalin sitten takaisin analogiseen muotoon, jossa se voidaan lähettää analogisen kaapelin kautta PLC-ohjausjärjestelmään. Siellä se muunnetaan takaisin digitaalisiksi tiedoiksi käsittelyä ja tallennusta varten.

Kuten odottaa sopii, digitaalisten tietojen muuntaminen analogiseen muotoon lähettimessä ja sitten takaisin digitaaliseen muotoon PLC-järjestelmässä tai muussa ohjausjärjestelmässä aiheuttaa ylimääräisiä mahdollisen virheen lähteitä. Tarkkojen mittausten varmistaminen on tärkeää sekä laadun että säännösten noudattamisen kannalta, ja yksi tapa minimoida virheet on käyttää digitaalista tiedonsiirtoa. Tässä Modbus astuu kuvaan mukaan.

Modbus-protokollan edut 
Samat mittapäät, joita voi käyttää Indigo201-lähettimen kanssa, ovat yhteensopivia myös digitaalisen Modbus RTU ‑tiedonsiirtoprotokollan kanssa. Koska Modbus käyttää digitaalista tiedonsiirtoa, mittapää voi suhteellisen kosteuden ja lämpötilan lisäksi mitata myös monia muita parametreja, kuten kastepistettä tai huurrepistettä, absoluuttista kosteutta, sekoitussuhdetta, märkälämpötilaa ja entalpiaa. Lisäksi voidaan lähettää muita tietoja, kuten laitteen tila, sarjanumero ja tarkistussumma. Tiedonkeruujärjestelmällä voidaan vertailla tarkistussummaa mittalaitteen alkuperäiseen arvoon ja havaita tämän avulla mahdolliset asetusmuutokset. On myös mahdollista kytkeä useita mittapäitä samaan verkkoon. Analogisella järjestelmällä tämä vaatisi huomattavaa määrää lisäkaapeleita ja I/O-moduulien asentamista PLC-järjestelmään. Modbus vähentää myös tietovirheiden riskiä minimoimalla analogisten ja digitaalisten tietojen väliset muunnokset. Siksi se on erinomainen valinta digitaalisten tietojen välittämiseen.

Lähetin ei ole pelkästään muunnin analogisesta digitaaliseen protokollaan 
Vaikka Indigo-yhteensopivia mittapäitä voi käyttää itsenäisinä mittalaitteina, paras käytettävyys saavutetaan usein käyttämällä niiden kanssa lähetintä, joka tarjoaa paikallisen käyttöliittymän, näytön sekä erilaisia virtalähdevaihtoehtoja. Joidenkin näistä lähettimistä kanssa saa myös digitaalisen tiedonsiirron edut. Indigo202-lähetin käyttää samaa Modbus RTU ‑protokollaa kuin mittapää, ja Indigo500-sarjan lähettimet käyttävät tiedonsiirtoon Modbus TCP/IP ‑protokollaa. 

Lisätietoja saat katsomalla englanninkielisen Modbus 101 ‑webinaarin tai ottamalla meihin yhteyttä.