5 sensores Modbus essenciais para automação industrial (com exemplos)

Cristina Botero -

No mundo da automação industrial, os sensores desempenham um papel crucial no monitoramento e controle de diversos processos. Eles fornecem dados essenciais que ajudam na tomada de decisões informadas para aumentar a eficiência, segurança e produtividade. Um dos protocolos mais populares para comunicação com sensores é o Modbus. Este artigo aborda as versões Modbus, RTU e TCP do protocolo e destaca cinco tipos de sensores compatíveis com Modbus que podem ter um impacto positivo em diferentes tipos de operações.

O que é Modbus?

Modbus é um protocolo de comunicação serial desenvolvido pela Modicon em 1979 para uso com seus controladores lógicos programáveis ​​(CLPs). Desde então, tornou-se um padrão em sistemas de comunicação industrial. O Modbus permite a comunicação entre vários dispositivos conectados à mesma rede, como sensores, atuadores e controladores.

Modbus RTU

Modbus RTU (Unidade Terminal Remota) é a versão mais utilizada do Modbus. Opera em linhas de comunicação serial como RS-485 ou RS-232. O formato RTU inclui uma verificação de redundância cíclica (CRC) para verificação de erros, garantindo uma transmissão de dados confiável. É particularmente favorecido pela sua simplicidade e robustez em ambientes industriais adversos.

Modbus TCP

Modbus TCP (Protocolo de Controle de Transmissão) é uma variante que opera via Ethernet. Isso permite taxas de transferência de dados mais rápidas e a capacidade de integração com equipamentos de rede modernos. O Modbus TCP é benéfico em ambientes onde são necessários comunicação de alta velocidade e acesso remoto.

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Por ser um protocolo antigo e confiável, existem todos os tipos de sensores compatíveis com redes Modbus e Modbus. No entanto, com base na nossa experiência na Ubidots e em testes práticos, decidimos fazer uma lista com cinco tipos de sensores compatíveis com Modbus que podem ter um impacto profundo em diferentes operações industriais e um exemplo de destaque para cada um deles.

1. Medidores de energia Modbus

Sensores de medição de potência são cruciais para monitorar parâmetros elétricos como tensão, corrente, fator de potência e consumo de energia. Esses sensores auxiliam no gerenciamento eficiente do uso de energia e na detecção de anomalias que podem indicar falha do equipamento ou desperdício de energia.

  1. Tensão:
  • Processos Industriais : Níveis de tensão inconsistentes ou incorretos podem levar à operação ineficiente ou até mesmo à falha do maquinário. A sobretensão pode danificar equipamentos sensíveis, como sistemas de controle e computadores, enquanto a subtensão pode resultar em desempenho inadequado e maior desgaste de motores e outros componentes. Isso pode causar tempo de inatividade significativo, reduzir a produtividade e aumentar os custos de manutenção.
  1. Atual:
  • Equipamentos Industriais : Equipamentos críticos em qualquer operação industrial podem ser rapidamente afetados por sobrecorrente se o calor resultante danificar fios e outros componentes. Além do calor, os poderosos campos magnéticos causados ​​pela sobrecorrente também podem colocar muito estresse no equipamento, até mesmo deformando-o.
  1. Fator de Potência:
  • Sistemas HVAC : Em sistemas HVAC, um fator de potência fraco pode reduzir a eficiência das operações de aquecimento e resfriamento, levando ao aumento do consumo de energia e a custos operacionais mais elevados.
  1. Consumo de energia:
  • Em Qualquer Tipo de Operação : O alto consumo de energia sem monitoramento adequado pode levar a custos operacionais excessivos, maior pegada de carbono e uso ineficiente de recursos.

Compreensivelmente, a monitorização destas variáveis ​​relacionadas com a energia pode trazer benefícios como os seguintes:

  • Otimização de Energia : Ao monitorar o uso de energia, as empresas podem identificar áreas onde a energia está sendo desperdiçada e implementar medidas para otimizar o consumo. Isso leva a operações mais eficientes e custos de energia reduzidos.
  • Confiabilidade : Garantir o fornecimento de energia estável e a operação adequada dos sistemas elétricos aumenta a confiabilidade dos processos industriais e minimiza interrupções.
  • Vida útil prolongada do equipamento : O monitoramento adequado da energia ajuda a prevenir condições que podem danificar o equipamento, prolongando sua vida útil e reduzindo a frequência de substituições e reparos.
  • Mitigação de riscos : O monitoramento dos parâmetros de energia ajuda na detecção precoce de condições potencialmente perigosas, como sobrecorrente, sobretensão e curtos-circuitos. Isso permite uma intervenção oportuna para prevenir acidentes e garantir a segurança.
  • Conformidade : Aderir aos padrões de segurança elétrica é importante para atender a diferentes regulamentações comuns em todo o mundo. A medição de potência pode ajudá-lo a evitar problemas legais graças a reações oportunas.

WAGO é um dispositivo versátil e compacto projetado para medir dados elétricos em redes de alimentação trifásicas. Alojado em um gabinete para montagem em trilho DIN, este módulo oferece recursos de monitoramento remoto a partir do nível de controle, tornando-o ideal para diversas aplicações industriais. O módulo mede variáveis ​​elétricas críticas, incluindo potência ativa, aparente e reativa, consumo de energia, fator de potência, ângulo de fase e frequência.

Uma das características de destaque do módulo WAGO é a capacidade de armazenar variáveis ​​medidas em um cartão microSD, facilitando a medição móvel e o registro de dados. O dispositivo suporta medição de corrente através de um transformador de corrente de 1A e inclui uma saída de sinal digital configurável para saída de pulso. Além disso, oferece uma interface de configuração para exibição e configuração dos valores medidos durante a operação, garantindo facilidade de uso e flexibilidade.

2. Medidores de vazão Modbus

Os medidores de vazão Modbus são essenciais em vários setores, como tratamento de água, processamento químico, petróleo e gás e alimentos e bebidas. Esses sensores podem medir a vazão volumétrica ou mássica de um fluido que se move através de uma tubulação, fornecendo dados críticos para controle e otimização do processo. Os medidores de vazão volumétrico medem o volume de fluido por unidade de tempo, enquanto os medidores de vazão de massa medem a massa de fluido por unidade de tempo. Os medidores de vazão de densidade, embora não meçam a vazão diretamente, são frequentemente usados ​​em conjunto com medidores de vazão para fornecer dados de densidade que podem ser usados ​​para calcular o fluxo de massa a partir de medições de vazão volumétrica.

Compreender como a medição de vazão e densidade impacta os processos industriais e outras operações pode ajudar a alcançar maior eficiência, qualidade e segurança.

Como os problemas de fluxo e densidade impactam as operações

  1. Problemas de vazão:
  • Processos Industriais : A medição imprecisa da vazão pode levar à mistura inadequada e à qualidade inconsistente dos produtos. Por exemplo, na indústria química, taxas de fluxo incorretas podem resultar em proporções erradas de reagentes, produzindo produtos fora das especificações que podem precisar ser reprocessados ​​ou descartados, aumentando assim os custos operacionais e o desperdício.
  • Tratamento de Água : Em estações de tratamento de água, a medição inadequada da vazão pode afetar a dosagem de produtos químicos, levando ao subtratamento ou ao excesso de tratamento da água. Isso pode resultar em qualidade insegura da água, multas regulatórias e aumento dos custos operacionais.
  • Estufas : Em estufas, a irrigação inadequada devido a medições de fluxo imprecisas pode levar ao estresse hídrico ou ao alagamento das plantas, afetando seu crescimento e rendimento. A irrigação excessiva também pode desperdiçar recursos hídricos e aumentar os custos.
  1. Problemas de densidade:
  • Indústria de Alimentos e Bebidas : Medições de densidade incorretas podem levar a uma qualidade inconsistente do produto, afetando o sabor, a textura e a satisfação geral do consumidor. Por exemplo, no processamento de laticínios, as variações na densidade do leite podem impactar a consistência e a qualidade de produtos como queijo e iogurte.
  • Indústria de Petróleo e Gás : No setor de petróleo e gás, medições de densidade imprecisas podem levar a processos de separação ineficientes e faturamento incorreto. Isto pode resultar em perdas financeiras significativas e disputas com clientes ou fornecedores.

Ser capaz de detectar problemas de fluxo e densidade antecipadamente, ou evitá-los completamente, traz estes benefícios e muito mais:

  • Consistência : O monitoramento do fluxo e da densidade garante uma qualidade consistente do produto, mantendo as proporções corretas dos materiais. Isto é particularmente importante em indústrias onde formulações precisas são cruciais, como farmacêutica e química.
  • Gestão de recursos : O controle eficiente de fluxo e densidade minimiza o uso de matérias-primas e reduz o desperdício, levando a economia de custos e operações mais sustentáveis.
  • Manutenção Preditiva : Anomalias nas medições de vazão e densidade podem indicar possíveis problemas com equipamentos, como bloqueios ou vazamentos. A detecção precoce permite a manutenção preventiva, reduzindo o tempo de inatividade inesperado.
  • Proteção Ambiental : Medições precisas auxiliam no controle de emissões e descargas, reduzindo o impacto ambiental e garantindo o cumprimento das regulamentações ambientais.

O medidor de vazão ultrassônico de 8 caminhos Rosemount 3418 da Emerson O Rosemount combina a potência de dois medidores de design British Gas interligados de 4 vias em um único corpo de medidor de vazão. Esta configuração inovadora apresenta uma imagem espelhada do primeiro conjunto de acordes, cancelando efetivamente os efeitos de turbilhão e fluxo cruzado. Com uma impressionante classe de precisão OIML de 0,5, o Rosemount 3418 requer apenas cinco diâmetros de trecho reto e elimina a necessidade de um condicionador de fluxo, reduzindo significativamente os custos de compressão e bombeamento, ao mesmo tempo que elimina a manutenção devido a bloqueios.

O Rosemount vem com recursos avançados que aprimoram sua funcionalidade e facilidade de uso. Sua alta rangeabilidade superior a 100:1 garante menos medições, tamanhos de linha menores e custos de capital mais baixos. Fabricado em aço carbono durável e aço inoxidável, o Rosemount 3418 foi construído para resistir a ambientes industriais adversos e, ao mesmo tempo, oferecer precisão e desempenho incomparáveis.

3. Sensores ambientais Modbus

Sensores ambientais são essenciais no monitoramento de variáveis ​​ambientais, como níveis de dióxido de carbono (CO2), temperatura e umidade. Essas medições desempenham um papel crítico em vários setores e aplicações, como sistemas HVAC, estufas, armazenamento de alimentos, fabricação e muito mais.

Impacto das questões relacionadas ao meio ambiente

  1. Mudanças de temperatura:
  • Nos processos industriais : Na fabricação, o controle preciso da temperatura é crucial para manter a qualidade e a consistência dos produtos. Por exemplo, na indústria farmacêutica, as flutuações de temperatura podem afetar a estabilidade e a eficácia dos medicamentos.
  • Em estufas : O controle da temperatura em estufas é vital para o crescimento e desenvolvimento das plantas. Temperaturas muito altas ou muito baixas podem prejudicar o crescimento, afetar a floração e reduzir o rendimento das colheitas.
  1. Mudanças de umidade:
  • Em processos industriais : A umidade pode impactar significativamente processos como pintura, revestimento e impressão. A alta umidade pode causar condensação, causando defeitos e má adesão, enquanto a baixa umidade pode causar problemas de eletricidade estática.
  • No armazenamento de alimentos : O controle adequado da umidade no armazenamento de alimentos é essencial para evitar a deterioração e manter a qualidade do produto. A alta umidade pode levar ao crescimento de mofo, enquanto a baixa umidade pode fazer com que os produtos ressequem e percam a textura.
  1. Mudanças de CO2:
  • Em estufas : Os níveis de CO2 em estufas são críticos para a fotossíntese. Níveis elevados de CO2 podem melhorar o crescimento e o rendimento das plantas, mas níveis excessivamente elevados também podem ser prejudiciais.
  • Em habitabilidade/segurança : A monitorização dos níveis de CO2 em edifícios e espaços de trabalho ajuda a manter uma boa qualidade do ar interior. Altas concentrações de CO2 podem causar sonolência, redução da produtividade e problemas de saúde.

Consequentemente, monitorar as variáveis ​​ambientais e agir em tempo hábil sobre mudanças críticas traz vários benefícios, incluindo:

  • Consistência : O monitoramento e o controle das variáveis ​​ambientais garantem condições consistentes, levando a maior qualidade e uniformidade do produto.
  • Conformidade : Em indústrias como a farmacêutica e de processamento de alimentos, a adesão a padrões ambientais rigorosos é crucial para garantir a conformidade com os requisitos regulamentares.
  • Eficiência de Recursos : O controle preciso das variáveis ​​ambientais reduz o desperdício de matéria-prima e energia. Por exemplo, manter os níveis corretos de umidade pode evitar a deterioração do produto e reduzir o desperdício no armazenamento de alimentos.
  • Segurança de Processo : Em processos que envolvem substâncias voláteis, como a fabricação de produtos químicos, o controle das condições ambientais é crucial para evitar situações perigosas.

O SenseCAP SOLO CO2 5000 da Seeed Studio Suportando protocolos de comunicação Modbus (Modbus-RTU/Modbus-ASCII) RS485 e SDI-12, este sensor compacto oferece funcionalidade de calibração integrada, facilitando a integração e operação em vários cenários onde o monitoramento dos níveis de CO2 é crítico.

O SenseCAP SOLO CO2 5000 apresenta uma ampla faixa de medição de CO2 de 400 ppm a 5.000 ppm com precisão de ± (50 ppm + 5% * MV), garantindo uma coleta de dados precisa e confiável. Sua alta precisão, resposta rápida e estabilidade superior fazem dele uma escolha confiável para monitoramento contínuo de CO2. O dispositivo suporta uma ampla faixa de alimentação de 5V a 16V, proporcionando flexibilidade em diferentes ambientes de instalação. Seu tamanho compacto e excelente relação desempenho-preço fazem dele uma solução ideal para diversas aplicações.

4. Sensores de pressão Modbus

Os sensores de pressão Modbus, também conhecidos como transmissores de pressão Modbus, são amplamente utilizados em diversas indústrias para monitorar e controlar a pressão em processos que envolvem gases ou líquidos. A medição precisa da pressão é vital para garantir segurança, eficiência e qualidade do produto.

Como os problemas de pressão impactam as operações

  • Na Fabricação : A pressão incorreta pode levar a produtos defeituosos e ineficiências de processo. Por exemplo, na moldagem de plástico, a pressão incorreta pode resultar em produtos mal formados, levando a altas taxas de refugo e aumento de custos.
  • Em Alimentos e Bebidas : Na indústria de alimentos e bebidas, manter uma pressão precisa é essencial para processos como pasteurização e carbonatação. A pressão incorreta pode levar a produtos estragados e riscos à segurança.
  • Em Sistemas de Filtragem : Em estações de tratamento de água, a pressão incorreta pode afetar a eficiência dos sistemas de filtração. A baixa pressão pode levar a uma filtração insuficiente, resultando em má qualidade da água, enquanto a alta pressão pode danificar as membranas de filtração, levando a reparos dispendiosos e tempo de inatividade.
  • Em Operações de Perfuração : Na perfuração de petróleo e gás, manter a pressão correta é fundamental para evitar explosões e garantir operações seguras. A pressão incorreta pode levar à falha do equipamento, riscos à segurança e poluição ambiental.
  • Sistemas de irrigação : Em estufas, problemas de pressão podem afetar o desempenho dos sistemas de irrigação. A baixa pressão pode resultar num abastecimento inadequado de água às plantas, afectando o seu crescimento e rendimento, enquanto a alta pressão pode danificar o equipamento de irrigação.

Alguns dos benefícios do monitoramento de pressão incluem:

  • Consistência : O monitoramento e a manutenção dos níveis de pressão corretos garantem uma qualidade consistente do produto, permitindo um controle preciso sobre as condições de fabricação e processamento.
  • Estabilidade Operacional : Medições de pressão estáveis ​​e precisas garantem o bom funcionamento dos processos, minimizando interrupções e mantendo a produtividade.
  • Mitigação de riscos : O monitoramento da pressão ajuda a detectar condições anormais que podem levar a situações perigosas em que equipamentos ou processos falham. Antecipar falhas com monitoramento ativo evita acidentes.

O Transmissor de Pressão Foxboro Modbus IAP10M da Schneider Este pequeno transmissor pode ser conectado em rede usando Modbus via Ethernet ou uma linha serial RS485/232 selecionável, oferecendo opções versáteis de conectividade. Sua facilidade de instalação e operação o torna uma excelente escolha para uma ampla gama de aplicações nos setores de petróleo, gás, água e industrial.

O Foxboro IAP10M possui uma saída analógica de 0:20mA com resolução de 12 bits, adequada para controlar variáveis ​​medidas dentro do controle lógico PID na RTU. Ele também inclui uma interface LCD fácil de usar com controle de dois botões e um display de 2 linhas com 13 caracteres para fácil configuração e monitoramento.

5. Medição de vibração

Sensores de vibração, também conhecidos como acelerômetros, são essenciais no monitoramento da condição de máquinas e equipamentos em diversos setores. Esses sensores medem os níveis de vibração das máquinas, fornecendo dados essenciais para evitar falhas, otimizar cronogramas de manutenção e garantir operações tranquilas. A compreensão dos impactos negativos dos problemas de vibração nos processos industriais e outras operações destaca a importância destes sensores para alcançar desempenho e confiabilidade ideais.

  • Fabricação : Vibração excessiva em máquinas de fabricação pode levar ao desalinhamento, desgaste e falha prematura dos componentes. Isso pode causar atrasos na produção, redução da qualidade do produto e aumento dos custos de manutenção.
  • Usinagem : Em operações de usinagem de precisão, as vibrações podem levar a imprecisões nos processos de corte, perfuração e fresamento. Isso resulta em peças defeituosas, maiores taxas de refugo e retrabalho adicional.

Ao monitorar a vibração, você pode cuidar melhor de suas máquinas e processos, obtendo alguns benefícios como estes:

  1. Manutenção aprimorada:
  • Manutenção Preditiva : O monitoramento de vibração permite a manutenção preditiva, identificando sinais precoces de desgaste e possíveis falhas. Isto permite uma manutenção atempada, reduzindo avarias inesperadas e tempos de inatividade associados.
  • Vida útil prolongada do equipamento : Ao detectar e resolver problemas de vibração precocemente, a vida útil das máquinas e dos componentes pode ser significativamente estendida, reduzindo a frequência e o custo das substituições.
  1. Economia de custos:
  • Tempo de inatividade reduzido : Ao evitar falhas inesperadas através da detecção precoce de problemas de vibração, as empresas podem minimizar o tempo de inatividade dispendioso e manter cronogramas de produção consistentes.
  1. Maior segurança:
  • Mitigação de riscos : O monitoramento da vibração ajuda a detectar condições que podem levar a falhas catastróficas, como falha de rolamento ou fadiga estrutural. Isso garante a segurança do pessoal e dos equipamentos.

Os sensores QM30VT2 da Banner Esses sensores podem detectar até mesmo pequenos aumentos na vibração e temperatura da máquina, proporcionando identificação precoce de possíveis problemas.

O QM30VT2 comunica dados de desempenho usando Modbus RTU e é ideal para detectar possíveis problemas em motores, ventiladores, bombas e qualquer maquinário com movimento giratório ou vibração. Disponíveis em modelos com carcaça de aço inoxidável 316L ou carcaça de alumínio para serviços pesados, eles são construídos para resistir a ambientes industriais agressivos.

Concluindo

O Modbus continua sendo a base da comunicação industrial, fornecendo uma maneira confiável e flexível de conectar e controlar uma ampla gama de sensores e dispositivos. Ao compreender as capacidades dos diferentes sensores e ativadores Modbus, como PLCs e gateway , as indústrias podem otimizar os seus processos, aumentar a eficiência e garantir o bom funcionamento dos seus sistemas. Esteja você monitorando potência, vazão, pressão ou condições ambientais, os dispositivos compatíveis com Modbus oferecem uma solução robusta para suas necessidades de automação.

Nas operações industriais, manter o controle sobre essas e outras variáveis ​​críticas é essencial para garantir eficiência, segurança e qualidade dos produtos. Os impactos negativos destas variáveis ​​que excedem os seus limites normais podem levar a interrupções operacionais significativas, aumento dos custos de manutenção e potenciais riscos de segurança. No entanto, ao utilizar sensores compatíveis com Modbus, as indústrias podem obter monitorização e controlo precisos sobre estas variáveis, transformando riscos potenciais em oportunidades de otimização e melhoria.

Sensores Modbus encontram a nuvem

As operações industriais em todo o mundo estão aproveitando cada vez mais o protocolo Modbus para integração com tecnologias de nuvem, enviando dados de telemetria para IoT , como Ubidots . Quando combinado com IoT , o Modbus permite que dados em tempo real de processos industriais sejam transmitidos para a nuvem, onde podem ser analisados, monitorados e controlados remotamente. Essa integração aumenta a eficiência e a flexibilidade das operações industriais, permitindo manutenção preditiva, otimização de processos e melhor tomada de decisões por meio de insights baseados em dados.

» TESTE GRATUITO: Abrace a transformação digital e aumente a eficiência em sua operação com Ubidots

Como posso enviar dados do sensor Modbus para a nuvem?

Uma rede Modbus pode ser composta por vários tipos diferentes de dispositivos, cada um com sua função distinta, mas quem é responsável por encaminhar os dados do sensor para a nuvem normalmente é um gateway . Veja como você pode enviar facilmente seus dados Modbus para a nuvem integrando seus gateway WAGO , Advantech , Red Lion (ou qualquer outro) ao Ubidots .