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 auxiliam na tomada de decisões informadas para aumentar a eficiência, a segurança e a produtividade. Um dos protocolos mais populares para comunicação com sensores é o Modbus. Este artigo aborda o Modbus, as versões 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 múltiplos 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 detecção de erros, garantindo a transmissão confiável de dados. É particularmente apreciado por sua simplicidade e robustez em ambientes industriais adversos.

Modbus TCP

O Modbus TCP (Transmission Control Protocol) é uma variante que opera sobre Ethernet. Isso permite taxas de transferência de dados mais rápidas e a capacidade de integração com equipamentos de rede modernos. O Modbus TCP é vantajoso em ambientes onde são necessárias comunicação de alta velocidade e acesso remoto.

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Sendo um protocolo consagrado e de boa reputação, existem diversos tipos de sensores compatíveis com Modbus e redes Modbus. No entanto, com base na nossa experiência na Ubidots e em testes práticos, decidimos criar uma lista com cinco tipos de sensores compatíveis com Modbus que podem ter um impacto significativo em diferentes operações industriais, apresentando um featured para cada um deles.

1. Medidores de energia Modbus

Sensores de medição de energia 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 falhas em equipamentos ou desperdício de energia.

  1. Tensão:
  • Processos industriais : Níveis de tensão inconsistentes ou incorretos podem levar à operação ineficiente ou mesmo à falha de máquinas. A sobretensão pode danificar equipamentos sensíveis, como sistemas de controle e computadores, enquanto a subtensão pode resultar em desempenho inadequado e desgaste acelerado 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 exercer muita pressão sobre o equipamento, podendo até mesmo deformá-lo.
  1. Fator de potência:
  • Sistemas HVAC : Em sistemas HVAC, um fator de potência baixo pode reduzir a eficiência das operações de aquecimento e resfriamento, levando a um aumento no consumo de energia e a custos operacionais mais elevados.
  1. Consumo de energia:
  • Em qualquer tipo de operação : O alto consumo de energia sem o devido monitoramento pode levar a custos operacionais excessivos, maior pegada de carbono e uso ineficiente de recursos.

Naturalmente, o monitoramento dessas variáveis ​​relacionadas à energia pode trazer benefícios como os seguintes:

  • Otimização de energia : Ao monitorar o consumo de energia, as empresas podem identificar áreas onde há desperdício e implementar medidas para otimizá-lo. Isso leva a operações mais eficientes e custos de energia reduzidos.
  • Confiabilidade : Garantir um fornecimento de energia estável e o funcionamento adequado dos sistemas elétricos aumenta a confiabilidade dos processos industriais e minimiza as 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 : A adesão às normas de segurança elétrica é importante para atender às diferentes regulamentações comuns em todo o mundo. A medição de energia pode ajudar a evitar problemas legais graças a reações rápidas.

WAGO é um dispositivo versátil e compacto projetado para medir dados elétricos em redes de alimentação trifásicas. Alojado em uma caixa 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 mais marcantes do módulo da 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 por meio de um transformador de corrente de 1A e inclui uma saída de sinal digital configurável para emissão de pulsos. Além disso, oferece uma interface de configuração para exibir e configurar os valores medidos durante a operação, garantindo facilidade de uso e flexibilidade.

2. Medidores de vazão Modbus

Os medidores de vazão Modbus são essenciais em diversos 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 o controle e otimização de processos. Os medidores de vazão volumétrica medem o volume de fluido por unidade de tempo, enquanto os medidores de vazão mássica medem a massa de fluido por unidade de tempo. Os medidores de densidade, embora não meçam a vazão diretamente, são frequentemente usados ​​em conjunto com os medidores de vazão para fornecer dados de densidade que podem ser usados ​​para calcular a vazão mássica 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 com a taxa de fluxo:
  • Processos industriais : Medições de vazão imprecisas podem levar a misturas inadequadas e qualidade inconsistente dos produtos. Por exemplo, na indústria química, vazões 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 sobretratamento da água. Isso pode resultar em água com qualidade insegura, multas regulatórias e aumento dos custos operacionais.
  • Estufas : Em estufas, a irrigação inadequada devido a medições de vazão imprecisas pode levar ao estresse hídrico ou ao encharcamento das plantas, afetando seu crescimento e produtividade. A irrigação excessiva também pode desperdiçar recursos hídricos e aumentar os custos.
  1. Problemas de densidade:
  • Indústria de Alimentos e Bebidas : Medições incorretas de densidade 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, 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. Isso pode resultar em perdas financeiras significativas e disputas com clientes ou fornecedores.

Ser capaz de detectar problemas de fluxo e densidade precocemente, ou evitá-los completamente, traz estes e outros benefícios:

  • Consistência : O monitoramento do fluxo e da densidade garante a consistência da qualidade do produto, mantendo as proporções corretas dos materiais. Isso é particularmente importante em indústrias onde formulações precisas são cruciais, como a farmacêutica e a química.
  • Gestão de Recursos : O controle eficiente do fluxo e da densidade minimiza o uso de matérias-primas e reduz o desperdício, resultando em economia de custos e operações mais sustentáveis.
  • Manutenção preditiva : Anomalias nas medições de fluxo e densidade podem indicar problemas potenciais nos equipamentos, como bloqueios ou vazamentos. A detecção precoce permite a manutenção preventiva, reduzindo o tempo de inatividade inesperado.
  • Proteção ambiental : Medições precisas ajudam no controle de emissões e descargas, reduzindo o impacto ambiental e garantindo a conformidade com as normas ambientais.

Emerson oferece os mais altos níveis de precisão e desempenho para aplicações sofisticadas de medição fiscal. O Rosemount combina a potência de dois medidores interligados de 4 vias, projetados pela British Gas, em um único corpo de medidor de vazão. Essa configuração inovadora apresenta uma imagem espelhada do primeiro conjunto de cordas, cancelando efetivamente os efeitos de turbulência e fluxo cruzado. Com uma impressionante classe de precisão de 0,5 OIML, 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, além de eliminar a manutenção devido a bloqueios.

O medidor Rosemount está repleto de recursos avançados que aprimoram sua funcionalidade e facilidade de uso. Sua alta faixa de medição, superior a 100:1, garante menos instalações de medidores, bitolas de linha menores e custos de investimento reduzidos. Fabricado em aço carbono e aço inoxidável duráveis, o Rosemount 3418 foi projetado para suportar ambientes industriais severos, oferecendo precisão e desempenho incomparáveis.

3. Sensores de ambiente Modbus

Sensores ambientais são essenciais para monitorar variáveis ​​ambientais como os níveis de dióxido de carbono (CO2), temperatura e umidade. Essas medições desempenham um papel crucial em diversos setores e aplicações, como sistemas de climatização (HVAC), estufas, armazenamento de alimentos, manufatura e muito mais.

Impacto de questões relacionadas ao ambiente

  1. Mudanças de temperatura:
  • Em 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 a produtividade das colheitas.
  1. Mudanças na umidade:
  • Em processos industriais : A umidade pode impactar significativamente processos como pintura, revestimento e impressão. Alta umidade pode causar condensação, levando a defeitos e má adesão, enquanto baixa umidade pode causar problemas de eletricidade estática.
  • No armazenamento de alimentos : O controle adequado da umidade é essencial para evitar a deterioração e manter a qualidade do produto. Alta umidade pode levar ao crescimento de mofo, enquanto baixa umidade pode fazer com que os produtos ressequem e percam sua textura.
  1. alterações de CO2:
  • Em estufas : Os níveis de CO2 em estufas são cruciais para a fotossíntese. Níveis elevados de CO2 podem melhorar o crescimento e a produtividade das plantas, mas níveis excessivamente altos também podem ser prejudiciais.
  • Em termos de habitabilidade/segurança : o monitoramento 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, o monitoramento de variáveis ​​ambientais e a atuação oportuna diante de mudanças críticas trazem diversos benefícios, incluindo:

  • Consistência : O monitoramento e o controle das variáveis ​​ambientais garantem condições consistentes, resultando em maior qualidade e uniformidade do produto.
  • Conformidade : Em setores como o farmacêutico e o de processamento de alimentos, a adesão a padrões ambientais rigorosos é crucial para garantir o cumprimento das exigências regulamentares.
  • Eficiência de recursos : O controle preciso das variáveis ​​ambientais reduz o desperdício de matérias-primas e energia. Por exemplo, manter os níveis de umidade adequados pode evitar a deterioração dos produtos e reduzir o desperdício no armazenamento de alimentos.
  • Segurança de Processos : Em processos que envolvem substâncias voláteis, como na fabricação de produtos químicos, o controle das condições ambientais é crucial para prevenir situações perigosas.

Seeed Studio é um sensor de concentração de CO2 NDIR de alto desempenho, projetado para diversas aplicações, incluindo estufas, ambientes urbanos, granjas avícolas e estações de transporte. Compatível com os protocolos de comunicação Modbus (Modbus-RTU/Modbus-ASCII), RS485 e SDI-12, este sensor compacto oferece funcionalidade de calibração integrada, facilitando a integração e a operação em vários cenários onde o monitoramento dos níveis de CO2 é crucial.

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 coleta de dados precisa e confiável. Sua alta precisão, resposta rápida e estabilidade superior o tornam uma escolha confiável para monitoramento contínuo de CO2. O dispositivo suporta uma ampla faixa de alimentação de 5 V a 16 V, proporcionando flexibilidade em diferentes ambientes de instalação. Seu tamanho compacto e excelente relação custo-benefício o tornam 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 diversos setores industriais para monitorar e controlar a pressão em processos que envolvem gases ou líquidos. A medição precisa da pressão é fundamental para garantir a segurança, a eficiência e a qualidade do produto.

Como os problemas de pressão afetam as operações

  • Na indústria : Pressão incorreta pode levar a produtos defeituosos e ineficiências no processo. Por exemplo, na moldagem de plástico, pressão incorreta pode resultar em produtos com formato inadequado, levando a altas taxas de refugo e aumento de custos.
  • de alimentos e bebidas , manter a pressão precisa é essencial para processos como pasteurização e carbonatação. A pressão incorreta pode levar à deterioração dos produtos e a riscos à segurança.
  • Em sistemas de filtração : 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, causando 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 a falhas de equipamentos, riscos à segurança e poluição ambiental.
  • Sistemas de irrigação : Em estufas, problemas de pressão podem afetar o desempenho dos sistemas de irrigação. Baixa pressão pode resultar em fornecimento inadequado de água para as plantas, afetando seu crescimento e produtividade, enquanto alta pressão pode danificar os equipamentos de irrigação.

Alguns dos benefícios do monitoramento de pressão incluem:

  • Consistência : Monitorar e manter os níveis de pressão corretos garante a qualidade consistente do produto, permitindo um controle preciso das 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, como falhas em equipamentos ou processos. Antecipar falhas com monitoramento ativo previne acidentes.

Schneider é um dispositivo de alta precisão projetado para a medição de pressões absolutas ou manométricas em processos industriais. Este transmissor compacto pode ser conectado em rede usando Modbus sobre Ethernet ou uma linha serial RS485/232 selecionável, oferecendo opções de conectividade versáteis. 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 a 20 mA com resolução de 12 bits, adequada para o controle de variáveis ​​medidas em circuitos PID com tecnologia RTU. Inclui também uma interface LCD intuitiva com dois botões e um visor de duas linhas com 13 caracteres para facilitar a configuração e o monitoramento.

5. Medição de vibração

Sensores de vibração, também conhecidos como acelerômetros, são essenciais para monitorar o estado de máquinas e equipamentos em diversos setores industriais. Esses sensores medem os níveis de vibração das máquinas, fornecendo dados fundamentais para prevenir falhas, otimizar cronogramas de manutenção e garantir o bom funcionamento das operações. Compreender os impactos negativos dos problemas de vibração em processos industriais e outras operações ressalta a importância desses sensores para alcançar desempenho e confiabilidade ideais.

  • Fabricação : A vibração excessiva em máquinas de fabricação pode levar ao desalinhamento, desgaste e falha prematura de 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 causar imprecisões nos processos de corte, furação e fresagem. 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 benefícios como estes:

  1. Manutenção aprimorada:
  • Manutenção preditiva : O monitoramento de vibração possibilita a manutenção preditiva, identificando sinais precoces de desgaste e possíveis falhas. Isso permite a realização de manutenções em tempo hábil, reduzindo quebras inesperadas e o tempo de inatividade associado.
  • Vida útil prolongada dos equipamentos : Ao detectar e solucionar problemas de vibração precocemente, a vida útil de máquinas e componentes pode ser significativamente estendida, reduzindo a frequência e o custo de substituições.
  1. Redução de custos:
  • Redução do tempo de inatividade : Ao prevenir falhas inesperadas por meio 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 de vibrações ajuda a detectar condições que podem levar a falhas catastróficas, como falhas em rolamentos ou fadiga estrutural. Isso garante a segurança do pessoal e dos equipamentos.

Banner oferecem um nível excepcional de precisão na medição de velocidade RMS e temperatura, graças ao seu design compacto e estrutura metálica rígida que minimiza a interferência por ressonância e melhora o contato com a superfície. Esses sensores conseguem detectar até mesmo pequenos aumentos na vibração e na temperatura da máquina, permitindo a identificação precoce de problemas potenciais.

O QM30VT2 comunica dados de desempenho usando Modbus RTU e é ideal para detectar problemas potenciais em motores, ventiladores, bombas e qualquer máquina com movimento rotativo ou vibração. Disponível em modelos com carcaça em aço inoxidável 316L ou em alumínio reforçado, ele é construído para suportar ambientes industriais severos.

Concluindo

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

Em operações industriais, manter o controle sobre essas e outras variáveis ​​críticas é essencial para garantir eficiência, segurança e qualidade do produto. Os impactos negativos da ultrapassagem dos limites normais dessas variáveis ​​podem levar a interrupções operacionais significativas, aumento dos custos de manutenção e potenciais riscos à segurança. No entanto, ao utilizar sensores compatíveis com Modbus, as indústrias podem obter monitoramento e controle precisos dessas variáveis, transformando riscos potenciais em oportunidades de otimização e melhoria.

Sensores Modbus e a Nuvem

As operações industriais em todo o mundo estão cada vez mais utilizando o protocolo Modbus para se integrarem a tecnologias em nuvem, enviando dados de telemetria para plataformas IoT industrial . 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, possibilitando manutenção preditiva, otimização de processos e melhor tomada de decisões por meio de insights baseados em dados.

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Como posso enviar dados de sensores Modbus para a nuvem?

Uma rede Modbus pode ser composta por diversos tipos de dispositivos, cada um com sua função específica, mas o responsável por encaminhar os dados dos sensores para a nuvem geralmente é um gateway . Veja como você pode enviar facilmente seus dados Modbus para a nuvem integrando seus gateway WAGO , Advantech , Red Lion (ou de qualquer outra marca) ao Ubidots .