5 capteurs Modbus essentiels pour l'automatisation industrielle (avec exemples)

Dans le domaine de l'automatisation industrielle, les capteurs jouent un rôle crucial dans la surveillance et le contrôle de divers processus. Ils fournissent des données essentielles permettant de prendre des décisions éclairées pour améliorer l'efficacité, la sécurité et la productivité. Modbus est l'un des protocoles de communication les plus répandus avec les capteurs. Cet article présente Modbus, ses versions RTU et TCP, et met en lumière cinq types de capteurs compatibles Modbus susceptibles d'optimiser différentes opérations.

Qu'est-ce que Modbus ?

Modbus est un protocole de communication série développé par Modicon en 1979 pour ses automates programmables industriels (API). Il est depuis devenu un standard des systèmes de communication industrielle. Modbus permet la communication entre plusieurs appareils connectés au même réseau, tels que des capteurs, des actionneurs et des contrôleurs.

Modbus RTU

Modbus RTU (Remote Terminal Unit) est la version la plus répandue de Modbus. Elle fonctionne via des lignes de communication série telles que RS-485 ou RS-232. Le format RTU intègre un contrôle de redondance cyclique (CRC) pour la détection d'erreurs, garantissant ainsi une transmission de données fiable. Il est particulièrement apprécié pour sa simplicité et sa robustesse dans les environnements industriels difficiles.

Modbus TCP

Modbus TCP (Transmission Control Protocol) est une variante fonctionnant sur Ethernet. Elle permet des débits de transfert de données plus rapides et une intégration avec les équipements réseau modernes. Modbus TCP est particulièrement avantageux dans les environnements exigeant une communication à haut débit et un accès distant.

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Le protocole Modbus étant éprouvé et reconnu, de nombreux types de capteurs et de réseaux sont compatibles. Toutefois, forts de notre expérience chez Ubidots et de nos tests pratiques, nous avons établi une liste de cinq types de capteurs compatibles Modbus susceptibles d'avoir un impact significatif sur différentes opérations industrielles, accompagnée d'un featured pour chacun d'eux.

1. Compteurs d'énergie Modbus

Les capteurs de puissance sont essentiels pour surveiller les paramètres électriques tels que la tension, le courant, le facteur de puissance et la consommation d'énergie. Ces capteurs permettent une gestion efficace de la consommation d'énergie et la détection d'anomalies pouvant indiquer une panne d'équipement ou un gaspillage d'énergie.

Impact des enjeux liés au pouvoir

1. Tension:

• Procédés industriels : Des niveaux de tension instables ou incorrects peuvent entraîner un fonctionnement inefficace, voire une panne des machines. Une surtension peut endommager les équipements sensibles, tels que les systèmes de contrôle et les ordinateurs, tandis qu’une sous-tension peut engendrer des performances insuffisantes et une usure prématurée des moteurs et autres composants. Ceci peut provoquer des arrêts de production importants, une baisse de productivité et une augmentation des coûts de maintenance.

2. Actuel:

• Équipements industriels : Dans toute opération industrielle, les équipements critiques peuvent être rapidement affectés par une surintensité si la chaleur qui en résulte endommage les câbles et autres composants. Outre la chaleur, les puissants champs magnétiques générés par la surintensité peuvent également exercer une forte contrainte sur les équipements, allant jusqu’à les déformer.

3. Facteur de puissance:

• Systèmes CVC : Dans les systèmes CVC, un faible facteur de puissance peut réduire l'efficacité des opérations de chauffage et de refroidissement, entraînant une augmentation de la consommation d'énergie et des coûts d'exploitation plus élevés.

4. Consommation d'énergie:

• Dans tout type d'opération : une consommation d'énergie élevée sans surveillance adéquate peut entraîner des coûts d'exploitation excessifs, une empreinte carbone plus importante et une utilisation inefficace des ressources.

Il est donc compréhensible que la surveillance de ces variables liées à l'énergie puisse apporter des avantages tels que les suivants :

• Optimisation énergétique : En surveillant leur consommation d’énergie, les entreprises peuvent identifier les gaspillages et mettre en œuvre des mesures pour l’optimiser. Il en résulte une efficacité accrue et des coûts énergétiques réduits.
• Fiabilité : Garantir une alimentation électrique stable et un bon fonctionnement des systèmes électriques accroît la fiabilité des processus industriels et minimise les interruptions.
• Durée de vie prolongée des équipements : Une surveillance adéquate de l'alimentation électrique permet de prévenir les conditions susceptibles d'endommager les équipements, prolongeant ainsi leur durée de vie et réduisant la fréquence des remplacements et des réparations.
• Atténuation des risques : La surveillance des paramètres d’alimentation électrique permet de détecter rapidement les situations potentiellement dangereuses telles que les surintensités, les surtensions et les courts-circuits. Ceci permet une intervention rapide pour prévenir les accidents et garantir la sécurité.
• Conformité : Le respect des normes de sécurité électrique est essentiel pour se conformer aux différentes réglementations en vigueur dans le monde. La mesure de la puissance permet d'éviter les problèmes juridiques grâce à une réactivité accrue.

Featured : module de mesure de puissance triphasé

WAGO est un appareil polyvalent et compact conçu pour la mesure des données électriques dans les réseaux d'alimentation triphasés. Logé dans un boîtier pour montage sur rail DIN, ce module permet une surveillance à distance depuis le poste de contrôle, ce qui le rend idéal pour diverses applications industrielles. Il mesure les variables électriques critiques, notamment la puissance active, apparente et réactive, la consommation d'énergie, le facteur de puissance, l'angle de phase et la fréquence.

L'une des caractéristiques remarquables du module WAGO est sa capacité à enregistrer les variables mesurées sur une carte microSD, facilitant ainsi les mesures mobiles et l'enregistrement des données. L'appareil prend en charge la mesure du courant via un transformateur de courant de 1 A et intègre une sortie de signal numérique configurable pour la génération d'impulsions. De plus, il offre une interface de configuration permettant d'afficher et de paramétrer les valeurs mesurées pendant son fonctionnement, garantissant ainsi simplicité d'utilisation et flexibilité.

2. Débitmètres Modbus

Les débitmètres Modbus sont indispensables dans de nombreux secteurs industriels, tels que le traitement de l'eau, la chimie, le pétrole et le gaz, ainsi que l'agroalimentaire. Ces capteurs mesurent le débit volumique ou massique d'un fluide circulant dans une canalisation, fournissant ainsi des données cruciales pour le contrôle et l'optimisation des procédés. Les débitmètres volumétriques mesurent le volume de fluide par unité de temps, tandis que les débitmètres massiques mesurent la masse de fluide par unité de temps. Les débitmètres de densité, bien qu'ils ne mesurent pas directement le débit, sont souvent utilisés conjointement avec les débitmètres pour fournir des données de densité permettant de calculer le débit massique à partir des mesures de débit volumique.

Comprendre comment la mesure du débit et de la densité influe sur les processus industriels et autres opérations peut contribuer à améliorer l'efficacité, la qualité et la sécurité.

Comment les problèmes de débit et de densité affectent les opérations

1. Problèmes de débit:

• Procédés industriels : Une mesure de débit imprécise peut entraîner un mélange inadéquat et une qualité inconstante des produits. Par exemple, dans l’industrie chimique, des débits incorrects peuvent engendrer des proportions erronées de réactifs, produisant des produits non conformes qui peuvent nécessiter un retraitement ou être mis au rebut, ce qui augmente les coûts d’exploitation et les déchets.
• Traitement de l'eau : Dans les stations de traitement d'eau, une mesure de débit incorrecte peut affecter le dosage des produits chimiques, entraînant un sous-traitement ou un surtraitement de l'eau. Il peut en résulter une eau de qualité non potable, des amendes réglementaires et une augmentation des coûts d'exploitation.
• Serres : En serre, un arrosage inadéquat dû à des mesures de débit imprécises peut entraîner un stress hydrique ou un engorgement des plantes, affectant leur croissance et leur rendement. Un arrosage excessif peut également gaspiller les ressources en eau et augmenter les coûts.

2. Problèmes de densité:

• Industrie agroalimentaire : Des mesures de densité incorrectes peuvent entraîner une qualité de produit inégale, affectant le goût, la texture et la satisfaction globale du consommateur. Par exemple, dans la transformation laitière, les variations de densité du lait peuvent impacter la consistance et la qualité de produits comme le fromage et le yaourt.
• Industrie pétrolière et gazière : Dans le secteur pétrolier et gazier, des mesures de densité inexactes peuvent entraîner des processus de séparation inefficaces et une facturation erronée. Cela peut engendrer des pertes financières importantes et des litiges avec les clients ou les fournisseurs.

La capacité à détecter précocement les problèmes de débit et de densité, voire à les prévenir complètement, présente ces avantages et bien d'autres :

• Constance : Le contrôle du débit et de la densité garantit une qualité de produit constante en maintenant les proportions exactes des matières premières. Ceci est particulièrement important dans les industries où la précision des formulations est essentielle, comme l’industrie pharmaceutique et chimique.
• Gestion des ressources : Un contrôle efficace des flux et de la densité minimise l'utilisation des matières premières et réduit les déchets, ce qui permet de réaliser des économies et d'assurer des opérations plus durables.
• Maintenance prédictive : des anomalies dans les mesures de débit et de densité peuvent indiquer des problèmes potentiels au niveau des équipements, tels que des obstructions ou des fuites. La détection précoce permet une maintenance préventive, réduisant ainsi les temps d’arrêt imprévus.
• Protection de l'environnement : Des mesures précises contribuent à contrôler les émissions et les rejets, à réduire l'impact environnemental et à garantir le respect des réglementations environnementales.
  

Featured : Rosemount 3418

Emerson offre une précision et des performances optimales pour les applications de mesure fiscale complexes. Le Rosemount combine la puissance de deux débitmètres British Gas à 4 voies imbriqués dans un seul corps. Cette configuration innovante présente une image miroir du premier jeu de cordes, annulant ainsi les effets de tourbillonnement et d'écoulement transversal. Avec une classe de précision impressionnante de 0,5 OIML, le Rosemount 3418 ne nécessite que cinq diamètres de conduite droite et élimine le besoin d'un conditionneur de débit, réduisant considérablement les coûts de compression et de pompage tout en supprimant les opérations de maintenance liées aux obstructions.

Le Rosemount est doté de fonctionnalités avancées qui optimisent sa fonctionnalité et sa simplicité d'utilisation. Son rapport de mesure élevé, supérieur à 100:1, permet de réduire le nombre de longueurs de compteurs, la taille des lignes et les coûts d'investissement. Fabriqué en acier au carbone et en acier inoxydable robustes, le Rosemount 3418 est conçu pour résister aux environnements industriels les plus difficiles tout en offrant une précision et des performances inégalées.

3. Capteurs ambiants Modbus

Les capteurs ambiants sont essentiels pour surveiller les variables environnementales telles que les niveaux de dioxyde de carbone (CO2), la température et l'humidité. Ces mesures jouent un rôle crucial dans diverses industries et applications, notamment les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation, les serres, le stockage des aliments, la production manufacturière, etc.

Impact des problèmes liés à l'environnement

1. changements de température:

• Dans les procédés industriels : en production, un contrôle précis de la température est essentiel pour garantir la qualité et la constance des produits. Par exemple, dans l’industrie pharmaceutique, les variations de température peuvent affecter la stabilité et l’efficacité des médicaments.
• En serre : La maîtrise de la température est essentielle à la croissance et au développement des plantes. Des températures trop élevées ou trop basses peuvent freiner leur croissance, affecter la floraison et réduire les rendements.

2. Changements d'humidité:

• Dans les procédés industriels : l’humidité peut avoir un impact significatif sur des opérations telles que la peinture, le revêtement et l’impression. Une humidité élevée peut provoquer de la condensation, entraînant des défauts et une mauvaise adhérence, tandis qu’une faible humidité peut engendrer des problèmes d’électricité statique.
• Dans le stockage des aliments : un contrôle adéquat de l’humidité est essentiel pour prévenir la détérioration et préserver la qualité des produits. Une humidité trop élevée peut favoriser le développement de moisissures, tandis qu’une humidité trop faible peut dessécher les produits et leur faire perdre leur texture.

3. changements de CO2:

• En serre : le taux de CO2 est crucial pour la photosynthèse. Un taux élevé de CO2 peut stimuler la croissance et le rendement des plantes, mais un taux excessivement élevé peut aussi leur être préjudiciable.
• En matière d'habitabilité et de sécurité : le suivi des niveaux de CO2 dans les bâtiments et les espaces de travail contribue au maintien d'une bonne qualité de l'air intérieur. Des concentrations élevées de CO2 peuvent entraîner somnolence, baisse de productivité et problèmes de santé.

Par conséquent, la surveillance des variables ambiantes et la réaction rapide aux changements critiques présentent plusieurs avantages, notamment :

• Cohérence : La surveillance et le contrôle des variables ambiantes garantissent des conditions constantes, ce qui permet d'obtenir une qualité et une uniformité de produit supérieures.
• Conformité : Dans des secteurs tels que l'industrie pharmaceutique et l'agroalimentaire, le respect de normes environnementales strictes est crucial pour garantir la conformité aux exigences réglementaires.
• Optimisation des ressources : Un contrôle précis des variables environnementales permet de réduire le gaspillage de matières premières et d’énergie. Par exemple, le maintien d’un taux d’humidité adéquat peut prévenir la détérioration des produits et réduire le gaspillage alimentaire.
• Sécurité des procédés : Dans les procédés impliquant des substances volatiles, comme la fabrication de produits chimiques, le contrôle des conditions ambiantes est crucial pour prévenir les situations dangereuses.
  

Featured : Capteur de CO2 SenseCAP SOLO CO2 5000 – NDIR

Seeed Studio est un capteur de concentration de CO2 NDIR haute performance conçu pour diverses applications, notamment les serres, les environnements urbains, les élevages avicoles et les gares. Compatible avec les protocoles de communication Modbus (Modbus-RTU/Modbus-ASCII), RS485 et SDI-12, ce capteur compact intègre une fonction d'étalonnage, facilitant ainsi son intégration et son utilisation dans différents contextes où la surveillance des niveaux de CO2 est essentielle.

Le SenseCAP SOLO CO2 5000 offre une large plage de mesure du CO2, de 400 ppm à 5 000 ppm, avec une précision de ± (50 ppm + 5 % * MV), garantissant ainsi une collecte de données précise et fiable. Sa haute précision, sa rapidité de réponse et son excellente stabilité en font un choix fiable pour la surveillance continue du CO2. L'appareil supporte une large plage d'alimentation de 5 V à 16 V, offrant une grande flexibilité d'installation. Son format compact et son excellent rapport performance/prix en font une solution idéale pour de nombreuses applications.

4. Capteurs de pression Modbus

Les capteurs de pression Modbus, également appelés transmetteurs de pression Modbus, sont largement utilisés dans divers secteurs industriels pour surveiller et contrôler la pression dans les procédés impliquant des gaz ou des liquides. Une mesure précise de la pression est essentielle pour garantir la sécurité, l'efficacité et la qualité des produits.

Comment les problèmes de pression affectent les opérations

• En production : une pression incorrecte peut engendrer des défauts de fabrication et des pertes d’efficacité. Par exemple, lors du moulage de plastique, une pression incorrecte peut produire des pièces mal formées, ce qui entraîne un taux de rebut élevé et une augmentation des coûts.
• Dans l'industrie agroalimentaire : le maintien d'une pression précise est essentiel pour des procédés comme la pasteurisation et la carbonatation. Une pression incorrecte peut entraîner une altération des produits et des risques pour la sécurité.
• Dans les systèmes de filtration : Dans les stations de traitement d’eau, une pression incorrecte peut affecter l’efficacité des systèmes de filtration. Une pression trop basse peut entraîner une filtration insuffisante, et donc une eau de mauvaise qualité, tandis qu’une pression trop élevée peut endommager les membranes de filtration, engendrant des réparations coûteuses et des arrêts de production.
• Opérations de forage : Dans le forage pétrolier et gazier, le maintien d’une pression adéquate est essentiel pour prévenir les éruptions et garantir la sécurité des opérations. Une pression incorrecte peut entraîner des défaillances d’équipement, des risques pour la sécurité et une pollution environnementale.
• Systèmes d'irrigation : Dans les serres, les problèmes de pression peuvent affecter le fonctionnement des systèmes d'irrigation. Une pression trop basse peut entraîner un apport d'eau insuffisant aux plantes, ce qui nuit à leur croissance et à leur rendement, tandis qu'une pression trop élevée peut endommager le matériel d'irrigation.
  

La surveillance de la pression présente notamment les avantages suivants :

• Cohérence : La surveillance et le maintien de niveaux de pression corrects garantissent une qualité de produit constante en permettant un contrôle précis des conditions de fabrication et de traitement.
• Stabilité opérationnelle : Des mesures de pression stables et précises garantissent le bon fonctionnement des processus, minimisant les interruptions et maintenant la productivité.
• Atténuation des risques : La surveillance de la pression permet de détecter les anomalies susceptibles d’entraîner des situations dangereuses, telles que des défaillances d’équipements ou de procédés. Anticiper les défaillances grâce à une surveillance active permet de prévenir les accidents.
  

Dispositif de pression Featured  Transmetteur de pression Foxboro Modbus IAP10M

Schneider est un appareil de haute précision conçu pour la mesure des pressions absolues ou relatives. Ce transmetteur compact peut être connecté au réseau via Modbus sur Ethernet ou une liaison série RS485/232 (au choix), offrant ainsi une grande flexibilité de connectivité. Sa simplicité d'installation et d'utilisation en fait un excellent choix pour de nombreuses applications dans les secteurs du pétrole, du gaz, de l'eau et de l'industrie.

Le Foxboro IAP10M dispose d'une sortie analogique de 0 à 20 mA avec une résolution de 12 bits, idéale pour le contrôle des variables mesurées au sein d'une régulation PID sur une unité terminale distante (RTU). Il intègre également une interface LCD conviviale avec deux boutons et un affichage sur deux lignes de 13 caractères pour une configuration et une surveillance simplifiées.

5. Mesure des vibrations

Les capteurs de vibrations, également appelés accéléromètres, sont essentiels pour surveiller l'état des machines et des équipements dans divers secteurs industriels. Ces capteurs mesurent les niveaux de vibration des machines, fournissant des données cruciales pour prévenir les pannes, optimiser les programmes de maintenance et garantir un fonctionnement optimal. Comprendre les impacts négatifs des problèmes de vibrations sur les processus industriels et autres opérations souligne l'importance de ces capteurs pour atteindre des performances et une fiabilité optimales.

Impact des problèmes liés aux vibrations

• Production : Des vibrations excessives dans les machines de production peuvent entraîner un désalignement, une usure prématurée et une défaillance des composants. Ceci peut engendrer des retards de production, une baisse de la qualité des produits et une augmentation des coûts de maintenance.
• Usinage : Lors des opérations d’usinage de précision, les vibrations peuvent engendrer des imprécisions dans les processus de coupe, de perçage et de fraisage. Il en résulte des pièces défectueuses, un taux de rebut plus élevé et des retouches supplémentaires.
  

En surveillant les vibrations, vous pouvez mieux entretenir vos machines et vos processus et obtenir des avantages tels que ceux-ci :

1. Amélioration de la maintenance:

• Maintenance prédictive : La surveillance des vibrations permet une maintenance prédictive en identifiant les premiers signes d’usure et les défaillances potentielles. Ceci permet une maintenance opportune, réduisant ainsi les pannes inattendues et les temps d’arrêt associés.
• Durée de vie prolongée des équipements : En détectant et en traitant rapidement les problèmes de vibrations, la durée de vie des machines et des composants peut être considérablement prolongée, réduisant ainsi la fréquence et le coût des remplacements.

2. Réduction des coûts:

• Réduction des temps d'arrêt : En prévenant les pannes inattendues grâce à la détection précoce des problèmes de vibrations, les entreprises peuvent minimiser les temps d'arrêt coûteux et maintenir des calendriers de production constants.

3. Sécurité accrue:

• Atténuation des risques : La surveillance des vibrations permet de détecter les conditions susceptibles d’entraîner des défaillances catastrophiques, telles que la rupture de roulements ou la fatigue structurelle. Elle garantit ainsi la sécurité du personnel et des équipements.

Featured : QM30VT2

Banner offrent une précision exceptionnelle pour la mesure de la vitesse RMS et de la température grâce à leur conception compacte et leur construction métallique rigide qui minimise les interférences de résonance et optimise le contact avec la surface. Ces capteurs détectent même les plus faibles augmentations de vibrations et de température des machines, permettant ainsi une identification précoce des problèmes potentiels.

Le QM30VT2 transmet les données de performance via Modbus RTU et est idéal pour détecter les problèmes potentiels des moteurs, ventilateurs, pompes et de toute machine en rotation ou soumise à des vibrations. Disponible avec un boîtier en acier inoxydable 316L ou en aluminium renforcé, il est conçu pour résister aux environnements industriels les plus exigeants.

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Conclusion

Modbus demeure un pilier des communications industrielles, offrant une solution fiable et flexible pour connecter et contrôler une vaste gamme de capteurs et d'appareils. En maîtrisant les capacités des différents capteurs et périphériques Modbus, tels que les automates programmables et gateway, les industries peuvent optimiser leurs processus, améliorer leur efficacité et garantir le bon fonctionnement de leurs systèmes. Qu'il s'agisse de surveiller la puissance, le débit, la pression ou les conditions environnementales, les appareils compatibles Modbus constituent une solution robuste pour vos besoins d'automatisation.

Dans les opérations industrielles, la maîtrise de ces variables critiques, ainsi que d'autres, est essentielle pour garantir l'efficacité, la sécurité et la qualité des produits. Le dépassement des valeurs normales de ces variables peut entraîner des perturbations opérationnelles importantes, une augmentation des coûts de maintenance et des risques potentiels pour la sécurité. Toutefois, grâce à l'utilisation de capteurs compatibles Modbus, les industries peuvent assurer une surveillance et un contrôle précis de ces variables, transformant ainsi les risques potentiels en opportunités d'optimisation et d'amélioration.

Les capteurs Modbus rencontrent le cloud

Partout dans le monde, les opérations industrielles exploitent de plus en plus le protocole Modbus pour s'intégrer aux technologies cloud en envoyant des données de télémétrie aux plateformes IoT industrielles . Associé aux IoT , Modbus permet la transmission en temps réel des données issues des processus industriels vers le cloud, où elles peuvent être analysées, surveillées et contrôlées à distance. Cette intégration améliore l'efficacité et la flexibilité des opérations industrielles, permettant la maintenance prédictive, l'optimisation des processus et une meilleure prise de décision grâce à l'analyse des données.

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Comment puis-je envoyer des données de capteur Modbus vers le cloud ?

Un réseau Modbus peut être composé de différents types d'appareils, chacun ayant sa propre fonction, mais celui chargé de transmettre les données des capteurs au cloud est généralement une gateway . Découvrez comment envoyer facilement vos données Modbus vers le cloud en intégrant vos gateway WAGO , Advantech , Red Lion (ou autres) à Ubidots .