Wieloczujnikowe systemy pomiaru siły i masy – komunikacja w sieci Modbus i współpraca z wyświetlaczami

Konieczność pomiaru siły lub masy w kilku oddalonych od siebie punktach pomiarowych zachodzi w praktyce inżynierskiej dosyć często. Producenci oferują do tego celu urządzenia mogące mierzyć siłę z kilku tensometrycznych czujników siły, zazwyczaj o liczbie wejść ograniczonej do czterech.

Posłuchaj
00:00

Jest to pierwszą wadą tego typu rozwiązania. Kolejnym problemem jest odległość między czujnikiem a urządzeniem pomiarowym. Zbyt długie przewody przesyłające słabe sygnały z mostkowych czujników tensometrycznych są narażone na zakłócenia, przez co mogą powodować przekłamania w pomiarach i niestabilny odczyt. Dlatego warto nieraz wdrożyć własny system, gdzie owe wady zostaną wyeliminowane.

Rys. 1. Podłączenie czujników do wielowejściowego wzmacniacza pomiarowego – ograniczeniem są duże odległości między czujnikami

Rys. 2. System z wieloma czujnikami z niezależnymi przetwornikami pomiarowymi – krótkie przewody sygnałowe

Tabela 1. Parametry przetwornika WDT1

Na dokładność pomiaru z mostkowych czujników tensometrycznych w przypadku oddalenia wzmacniacza pomiarowego duży wpływ ma temperatura otoczenia oraz jakość i długość przewodów połączeniowych. Dla przykładu przewód o długości kilkunastu metrów może mieć ponad 1-procentowy wpływ na czułość układu pomiarowego. Istnieje kilka rozwiązań eliminujących ten wpływ:

  • zastosowanie podłączenia z kablem 6-żyłowym lub zasilanie czujnika napięciem regulowanym (wymaga specjalnego wzmacniacza z wejściem kompensującym) - kompensuje długość przewodu, ale nie zabezpiecza przed zakłóceniami zewnętrznymi,
  • użycie oryginalnego kabla producenta (jednak jego wydłużenie może pogorszyć charakterystykę termiczną),
  • zastosowanie niezależnego dla każdego czujnika przetwornika pomiarowego zaraz przy czujniku z wyjściem prądowym lub cyfrowym - nie wymaga stosowania długiego przewodu z czujnika oraz eliminuje w dużym stopniu wpływ zaburzeń zewnętrznych.

Rys. 3. Urządzenia podłączone do magistrali Modbus RS485

Rys. 4. Panel MD204L

Na rysunku 2 pokazano rozwiązanie dla wielu czujników tensometrycznych oddalonych na większe odległości (>20m) od urządzenia zbierającego i przetwarzającego pomiary.

Czujniki pomiarowe w sieci

Tabela 2. Format ramki w trybie RTU

Rozwiązaniem są czujniki z pojedynczymi wzmacniaczami pomiarowymi potrafiące przesyłać informacje na wspólnej magistrali. Firma WObit proponuje ekonomiczne "wzmacniacze" WDT1 dla mostkowych czujników tensometrycznych. Celowo słowo wzmacniacz zostało ujęte w cudzysłów, gdyż urządzenie nie ma wiele wspólnego z prostymi, stosowanymi niegdyś analogowymi wzmacniaczami dla czujników tensometrycznych.

WDT1 zawiera precyzyjny, cyfrowy przetwornik mierzący sygnał z czujnika z rozdzielczością 20 bitów. Ponadto, w urządzeniu zaimplementowano cyfrowy filtr medianowy, skutecznie niwelujący zaburzenia zewnętrzne. Najważniejszą jednak cechą opisywanego wzmacniacza jest interfejs RS485 z zaimplementowanym protokołem Modbus- RTU, który pozwala na podłączenie do 32 czujników na jednej magistrali. Tak wyposażony przetwornik (oprócz standardowego wyjścia napięciowego 0-10V) pozwala na łączenie wielu czujników nawet znacznie od siebie oddalonych.

Interfejs Modbus

W urządzeniu zaimplementowano interfejs Modbus, który dzięki swojej prostocie jest wciąż stosowany jako jeden ze standardów komunikacyjnych w urządzeniach automatyki. Modbus został opracowany w firmie Modicon i stał się standardem przyjętym przez większość znanych producentów sterowników przemysłowych dla wymiany informacji pomiędzy urządzeniami systemów pomiarowo- kontrolnych. O jego popularności i rozpowszechnieniu zadecydowały takie cechy, jak:

  • prosta reguła dostępu do łącza oparta na zasadzie master-slave,
  • zabezpieczenie przesyłanych komunikatów przed błędami,
  • potwierdzanie wykonania rozkazów zdalnych i sygnalizacja błędów,
  • skuteczne mechanizmy zabezpieczające przed zawieszeniem systemu,
  • wykorzystanie asynchronicznej transmisji znakowej zgodnej z RS-232.

Struktura ramki Modbus-RTU

Pierwszym polem informacyjnym ramki jest Adres (1 bajt) urządzenia. Kolejne stałe pola ramki to Funkcja (1 bajt), Dane (N x 1 bajt) oraz suma kontrolna CRC (2 bajty). Urządzenie slave sprawdza, czy przesłany adres jest jego adresem własnym. Jeżeli tak, to kontynuuje interpretację pozostałych pól wchodzących w skład ramki. Należy dodać, że adres o wartości 0 jest adresem rozgłoszeniowym i może być interpretowany przez wszystkie urządzenia podłączone do magistrali Modbus.

Rys. 5. Oprogramowanie TP200 do programowania paneli MD204

Rys. 6. Ustawienia odczytu wartości przez panel

WDT1 może pracować z prędkościami transmisji 19,2, 32,4, 57,6 oraz 115 kb/s. Prędkość ustawiana jest w urządzeniu slave automatycznie w zależności od prędkości pracy urządzenia master. Po włączeniu zasilania i rozpoczęciu nadawania ramek przez urządzenie master, WDT1 sprawdza poprawność ramek, ustawiając po kolei wymienione wyżej prędkości. Gdy rozpozna właściwą, ustawia ją i od tego momentu może odsyłać ramki z pomiarem.

Współpraca wzmacniaczy WDT1 z panelami HMI

WObit proponuje panele HMI firmy Kinco (

Rys. 7. Przykładowe połączenie dwóch wzmacniaczy WDT1 z panelem MD204L

Rys. 8. Przykładowe okna zaprogramowanego panelu MD204L

Komunikuje się poprzez porty RS232, RS422 i RS485. Przyjazne dla użytkownika środowisko do programowania paneli pozwala na dodawanie tekstu, wykresów, prostych kontrolek czy nawet grafiki. Programowanie odbywa się przez połączenie panelu z komputerem PC za pośrednictwem interfejsu RS232.

Konfiguracja WDT1 z panelami MD204L

Na rysunku poniżej pokazano przykładowe połączenie dwóch wzmacniaczy WDT1 z panelem MD204L. Jeden z nich ma ustawiony adres 1, a drugi 2. Istnieje możliwość podłączenia do 32 urządzeń (maksymalna dostępna liczba adresów ustawianych w WDT1). Programowanie panelu polega na dodaniu odpowiedniej kontrolki (np. pola liczbowego odczytującego wartość pomiarową) i ustawieniu dla niej czterech parametrów. Przykładowo dla odczytu wartości pomiaru z przetwornika pierwszego dla dodanej kontrolki należy ustawić:

  • adres urządzenia slave (rys. 8-1),
  • adres rejestru, spod którego odczytywana będzie wartość pomiaru (rys. 8-3), z dokumentacji WDT1 jest to rejestr nr 3,
  • typ rejestru (rys. 8-4), z dokumentacji WDT1 jest to rejestr odczytu n rejestrów,
  • rozmiar zmiennej (rys. 8-2), z dokumentacji WDT1 jest to wartość 4-bajtowa, czyli zajmująca dwa rejestry,
  • dla modyfikacji danej zmiennej (np. parametr czułości mostka, tarowanie czujnika itp.) należy zaznaczyć opcję Set.

Więcej informacji

Więcej informacji na temat czujników, wzmacniaczy i paneli znaleźć można na stronie www.wobit.com.pl, a na temat samych paneli na stronie www.kinco.com.pl.

Adam Sarzyński
WObit

www.wobit.com.pl

Powiązane treści
BCC Reseach prognozuje wzrosty na rynku czujników
Modbus Organization w Wireless Cooperation Team
Czujniki tensometryczne - czyli co o pomiarach siły powinien wiedzieć automatyk
Przepływomierze Coriolisa w rozliczeniowych pomiarach przepływu cieczy i gazów - najwyższa dokładność i stabilność długoterminowa
Pomiary wibracji turbin wiatrowych zestandaryzowane
Zobacz więcej w kategorii: Prezentacje firmowe
Silniki i napędy
Serwohydrauliczny napęd Bosch Rexroth zwiększa sprawność energetyczną pras do głębokiego tłoczenia
Obudowy, złącza, komponenty
277 powodów, by wybrać przyszłość bez smarowania. NOWOŚCI igus na 2025 rok
PLC, HMI, Oprogramowanie
Bosch Rexroth oferuje usługę FOTA - aktualizowanie sterowników – także pochodzących od innych producentów
Pomiary
PL Flush – precyzyjny czujnik ciśnienia do aplikacji z ograniczoną przestrzenią montażową
Pomiary
Ekran dotykowy, wyjście HDMI, mała masa, kompaktowe wymiary - nowe oscyloskopy Voltcraft z serii DOV
Bezpieczeństwo
Obniżenie kosztów suwnic wewnętrznych nawet o 40% dzięki nowemu prowadnikowi ślizgowemu firmy igus
Zobacz więcej z tagiem: Artykuły
Magazyn
Czerwiec 2025
Temat miesiąca
Wod-kan, uzdatnianie wody i oczyszczanie ścieków
Technika
Ochrona przed korozją
WObit E.K.Ober s.c. WObit E.K.Ober s.c. www.wobit.com.pl wobit@wobit.com.pl

Poradnik doboru rozwiązań drukujących - drukarki mobilne, stacjonarne i przemysłowe

Jak dobrać drukarkę do zastosowań w logistyce, przemyśle czy handlu? Na co zwrócić uwagę, jeżeli chodzi o cechy i funkcje urządzenia? Jak zapewnić wysoką niezawodność pracy oraz trwałość systemu drukującego? A co z oprogramowaniem? W artykule odpowiadamy na powyższe pytania, przedstawiając przykłady nowoczesnych urządzeń drukujących, które z powodzeniem sprawdzają się w wymienionych zastosowaniach.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów