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

Cristina Botero -

Dans le monde de l'automatisation industrielle, les capteurs jouent un rôle crucial dans la surveillance et le contrôle de divers processus. Ils fournissent des données essentielles qui aident à prendre des décisions éclairées pour améliorer l'efficacité, la sécurité et la productivité. L'un des protocoles les plus populaires pour la communication avec les capteurs est Modbus. Cet article passe en revue les versions Modbus, RTU et TCP du protocole et met en évidence cinq types de capteurs compatibles Modbus qui peuvent avoir un impact positif dans différents types d'opérations.

Qu’est-ce que Modbus ?

Modbus est un protocole de communication série développé par Modicon en 1979 pour être utilisé avec ses automates programmables (PLC). Il est depuis devenu un standard dans les systèmes de communication industriels. 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 utilisée de Modbus. Il fonctionne sur des lignes de communication série comme RS-485 ou RS-232. Le format RTU comprend un contrôle de redondance cyclique (CRC) pour le contrôle des erreurs, garantissant 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 qui fonctionne sur Ethernet. Cela permet des taux de transfert de données plus rapides et la possibilité de s'intégrer à des équipements réseau modernes. Modbus TCP est avantageux dans les environnements où une communication à haut débit et un accès à distance sont requis.

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Il s'agit d'un protocole historique et réputé, il existe toutes sortes de capteurs compatibles avec les réseaux Modbus et Modbus. Cependant, sur la base de notre expérience chez Ubidots et de tests pratiques, nous avons décidé de dresser une liste de cinq types de capteurs compatibles Modbus qui peuvent avoir un impact profond sur différentes opérations industrielles, ainsi qu'un exemple pour chacun d'eux.

1. Compteurs d'énergie Modbus

Les capteurs de mesure 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 aident à gérer efficacement la consommation d’énergie et à détecter les anomalies qui pourraient indiquer une panne d’équipement ou un gaspillage d’énergie.

  1. Tension:
  • Processus industriels : des niveaux de tension incohérents ou incorrects peuvent entraîner un fonctionnement inefficace, voire une panne des machines. La surtension peut endommager les équipements sensibles, tels que les systèmes de contrôle et les ordinateurs, tandis que la sous-tension peut entraîner des performances insuffisantes et une usure accrue des moteurs et autres composants. Cela peut entraîner des temps d'arrêt importants, réduire la productivité et augmenter les coûts de maintenance.
  1. Actuel:
  • Équipement industriel : Les équipements critiques de toute opération industrielle peuvent être rapidement affectés par une surintensité si la chaleur qui en résulte endommage les fils et autres composants. Outre la chaleur, les puissants champs magnétiques provoqués par la surintensité peuvent également exercer de fortes contraintes sur l'équipement, voire le déformer.
  1. 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 consommation d'énergie accrue et des coûts d'exploitation plus élevés.
  1. Consommation d'énergie:
  • Dans tout type d'exploitation : une consommation d'énergie élevée sans surveillance appropriée peut entraîner des coûts opérationnels excessifs, une empreinte carbone plus élevée et une utilisation inefficace des ressources.

Naturellement, la surveillance de ces variables liées à la puissance peut apporter des avantages tels que les suivants :

  • Optimisation de l'énergie : en surveillant la consommation d'énergie, les entreprises peuvent identifier les zones où l'énergie est gaspillée et mettre en œuvre des mesures pour optimiser la consommation. Cela conduit à des opérations plus efficaces et à une réduction des coûts énergétiques.
  • Fiabilité : Assurer une alimentation électrique stable et un bon fonctionnement des systèmes électriques augmente la fiabilité des processus industriels et minimise les perturbations.
  • Durée de vie prolongée de l'équipement : une surveillance adéquate de l'alimentation permet d'éviter les conditions susceptibles d'endommager l'équipement, de prolonger sa durée de vie et de réduire la fréquence des remplacements et des réparations.
  • Atténuation des risques : la surveillance des paramètres d'alimentation permet de détecter rapidement les conditions potentiellement dangereuses telles que les surintensités, les surtensions et les courts-circuits. Cela permet une intervention rapide pour prévenir les accidents et assurer la sécurité.
  • Conformité : Le respect des normes de sécurité électrique est important pour répondre aux différentes réglementations courantes dans le monde. La mesure de la puissance peut vous aider à éviter les problèmes juridiques grâce à des réactions rapides.

WAGO est un appareil polyvalent et compact conçu pour mesurer les données électriques dans les réseaux d'alimentation triphasés. Logé dans un boîtier monté sur rail DIN, ce module offre des capacités de surveillance à distance depuis le niveau de contrôle, ce qui le rend idéal pour diverses applications industrielles. Le module 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 stocker les variables mesurées sur une carte microSD, facilitant ainsi la mesure mobile et l'enregistrement des données. L'appareil prend en charge la mesure du courant via un transformateur de courant 1 A et comprend une sortie de signal numérique configurable pour la sortie d'impulsion. De plus, il offre une interface de configuration pour afficher et configurer les valeurs mesurées pendant le fonctionnement, garantissant ainsi facilité d'utilisation et flexibilité.

2. Débitmètres Modbus

Les débitmètres Modbus sont essentiels dans diverses industries telles que le traitement de l'eau, le traitement chimique, le pétrole et le gaz, ainsi que l'alimentation et les boissons. Ces capteurs peuvent mesurer le débit volumétrique ou massique d'un fluide se déplaçant dans un tuyau, fournissant ainsi des données critiques pour le contrôle et l'optimisation du processus. 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 densimétriques, bien qu'ils ne mesurent pas directement le débit, sont souvent utilisés conjointement avec des débitmètres pour fournir des données de densité qui peuvent être utilisées pour calculer le débit massique à partir de mesures de débit volumétrique.

Comprendre l'impact de la mesure du débit et de la densité sur les processus industriels et d'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:
  • Processus industriels : Une mesure de débit inexacte peut entraîner un mélange inapproprié et une qualité incohérente des produits. Par exemple, dans l’industrie chimique, des débits incorrects peuvent entraîner des proportions incorrectes de réactifs, produisant des produits hors spécifications qui peuvent devoir être retraités ou jetés, augmentant ainsi les coûts opérationnels et les déchets.
  • Traitement de l'eau : Dans les usines de traitement de l'eau, une mauvaise mesure du débit peut affecter le dosage des produits chimiques, conduisant soit à un sous-traitement, soit à un surtraitement de l'eau. Cela peut entraîner une qualité d’eau dangereuse, des amendes réglementaires et une augmentation des coûts d’exploitation.
  • Serres : Dans les serres, une mauvaise irrigation due à des mesures de débit inexactes peut entraîner soit un stress hydrique, soit un engorgement des plantes, affectant leur croissance et leur rendement. La surirrigation peut également gaspiller les ressources en eau et augmenter les coûts.
  1. Problèmes de densité:
  • Industrie agroalimentaire : des mesures de densité incorrectes peuvent entraîner une qualité de produit incohérente, affectant le goût, la texture et la satisfaction globale du consommateur. Par exemple, dans la transformation des produits laitiers, les variations de densité du lait peuvent avoir un impact sur 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 conduire à des processus de séparation inefficaces et à une facturation incorrecte. Cela peut entraîner des pertes financières importantes et des litiges avec les clients ou les fournisseurs.

Être capable de détecter précocement les problèmes de débit et de densité, ou de les prévenir complètement, présente les avantages suivants et bien plus encore :

  • Cohérence : Le contrôle du débit et de la densité garantit une qualité constante du produit en maintenant les proportions correctes de matériaux. Ceci est particulièrement important dans les secteurs où des formulations précises sont cruciales, comme dans le secteur pharmaceutique et chimique.
  • Gestion des ressources : un contrôle efficace du débit et de la densité minimise l'utilisation de matières premières et réduit les déchets, conduisant à des économies de coûts et à des opérations plus durables.
  • Maintenance prédictive : des anomalies dans les mesures de débit et de densité peuvent indiquer des problèmes potentiels avec l'équipement, tels que des blocages ou des fuites. La détection précoce permet une maintenance préventive, réduisant ainsi les temps d'arrêt imprévus.
  • Protection de l'environnement : des mesures précises aident à contrôler les émissions et les rejets, à réduire l'impact environnemental et à garantir le respect des réglementations environnementales.

Le débitmètre à ultrasons à 8 voies Rosemount 3418 d' Emerson Le Rosemount combine la puissance de deux compteurs de conception British Gas à 4 voies imbriqués dans un seul corps de débitmètre. Cette configuration innovante présente une image miroir du premier ensemble d'accords, annulant efficacement les effets de tourbillon et de flux transversal. Avec une classe de précision OIML impressionnante de 0,5, le Rosemount 3418 ne nécessite que cinq diamètres de longueur droite et élimine le besoin d'un conditionneur de débit, réduisant ainsi considérablement les coûts de compression et de pompage tout en éliminant la maintenance due aux blocages.

Le Rosemount regorge de fonctionnalités avancées qui améliorent sa fonctionnalité et sa facilité d'utilisation. Sa grande plage de variation supérieure à 100:1 garantit moins de courses de compteurs, des lignes de plus petite taille et des coûts d'investissement inférieurs. Fabriqué en acier au carbone durable et en acier inoxydable, le Rosemount 3418 est conçu pour résister aux environnements industriels 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 essentiel dans diverses industries et applications, telles que les systèmes CVC, les serres, le stockage des aliments, la fabrication, etc.

Impact des problèmes liés à l'environnement

  1. Changements de température:
  • Dans les processus industriels : Dans la fabrication, un contrôle précis de la température est crucial pour maintenir la qualité et la cohérence des produits. Par exemple, dans l’industrie pharmaceutique, les fluctuations de température peuvent affecter la stabilité et l’efficacité des médicaments.
  • En serre : Le contrôle de la température dans les serres est vital pour la croissance et le développement des plantes. Des températures trop élevées ou trop basses peuvent retarder la croissance, affecter la floraison et réduire les rendements des cultures.
  1. Changements d'humidité:
  • Dans les processus industriels : L'humidité peut avoir un impact significatif sur les processus tels 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 entraîner des problèmes d'électricité statique.
  • Dans le stockage des aliments : Un contrôle adéquat de l’humidité dans le stockage des aliments est essentiel pour éviter la détérioration et maintenir la qualité du produit. Une humidité élevée peut entraîner la croissance de moisissures, tandis qu'une faible humidité peut faire sécher les produits et perdre leur texture.
  1. Changements de CO2:
  • Dans les serres : les niveaux de CO2 dans les serres sont critiques pour la photosynthèse. Des niveaux élevés de CO2 peuvent améliorer la croissance et le rendement des plantes, mais des niveaux trop élevés peuvent également être préjudiciables.
  • En habitabilité/sécurité : La surveillance des niveaux de CO2 dans les bâtiments et les espaces de travail permet de maintenir une bonne qualité de l'air intérieur. Des concentrations élevées de CO2 peuvent entraîner de la somnolence, une réduction de la productivité et des problèmes de santé.

Par conséquent, surveiller les variables ambiantes et agir en temps opportun face aux changements critiques apporte plusieurs avantages, notamment :

  • Cohérence : la surveillance et le contrôle des variables ambiantes garantissent des conditions constantes, conduisant à une qualité et une uniformité supérieures du produit.
  • Conformité : Dans des secteurs tels que l'industrie pharmaceutique et l'agroalimentaire, le respect de normes environnementales strictes est crucial pour garantir le respect des exigences réglementaires.
  • Efficacité des ressources : un contrôle précis des variables environnementales réduit le gaspillage de matières premières et d'énergie. Par exemple, maintenir des niveaux d’humidité adéquats peut empêcher la détérioration des produits et réduire le gaspillage lors du stockage des aliments.
  • Sécurité des processus : Dans les processus impliquant des substances volatiles, tels que la fabrication de produits chimiques, le contrôle des conditions ambiantes est crucial pour prévenir les situations dangereuses.

Seeed Studio est un capteur de concentration de CO2 NDIR haute performance conçu pour diverses applications, notamment les serres, les environnements urbains, les fermes avicoles et les stations de transport. Prenant en charge les protocoles de communication Modbus (Modbus-RTU/Modbus-ASCII) RS485 et SDI-12, ce capteur compact offre une fonctionnalité d'étalonnage intégrée, ce qui le rend facile à intégrer et à utiliser dans divers scénarios où la surveillance des niveaux de CO2 est essentielle.

Le SenseCAP SOLO CO2 5000 dispose d'une large plage de mesure du CO2 de 400 ppm à 5 000 ppm avec une précision de ± (50 ppm + 5 % * MV), garantissant une collecte de données précise et fiable. Sa haute précision, sa réponse rapide et sa stabilité supérieure en font un choix fiable pour la surveillance continue du CO2. L'appareil prend en charge une large plage d'alimentation de 5 V à 16 V, offrant une flexibilité dans différents environnements d'installation. Sa taille compacte et son excellent rapport performance/prix en font une solution idéale pour diverses applications.

4. Capteurs de pression Modbus

Les capteurs de pression Modbus, également appelés transmetteurs de pression Modbus, sont largement utilisés dans diverses industries pour surveiller et contrôler la pression dans les processus 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

  • Dans la fabrication : une pression incorrecte peut entraîner des produits défectueux et des inefficacités de processus. Par exemple, dans le moulage du plastique, une pression incorrecte peut entraîner des produits mal formés, entraînant des taux de rebut élevés et une augmentation des coûts.
  • Dans l'industrie agroalimentaire : Dans l'industrie agroalimentaire, le maintien d'une pression précise est essentiel pour des processus tels que la pasteurisation et la carbonatation. Une pression incorrecte peut entraîner une détérioration des produits et des risques pour la sécurité.
  • Dans les systèmes de filtration : Dans les usines de traitement d’eau, une pression incorrecte peut affecter l’efficacité des systèmes de filtration. Une basse pression peut entraîner une filtration insuffisante, entraînant une mauvaise qualité de l'eau, tandis qu'une haute pression peut endommager les membranes de filtration, entraînant des réparations coûteuses et des temps d'arrêt.
  • Dans les opérations de forage : Dans le forage pétrolier et gazier, le maintien d’une pression correcte est essentiel pour éviter les éruptions et garantir des opérations sûres. Une pression incorrecte peut entraîner une panne de l'équipement, des risques pour la sécurité et une pollution de l'environnement.
  • Systèmes d'irrigation : Dans les serres, les problèmes de pression peuvent affecter les performances des systèmes d'irrigation. Une basse pression peut entraîner un approvisionnement en eau inadéquat pour les plantes, affectant leur croissance et leur rendement, tandis qu'une pression élevée peut endommager le matériel d'irrigation.

Certains des avantages de la surveillance de la pression comprennent :

  • Cohérence : la surveillance et le maintien de niveaux de pression corrects garantissent une qualité constante du produit 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 perturbations et maintenant la productivité.
  • Atténuation des risques : la surveillance de la pression permet de détecter des conditions anormales qui pourraient conduire à des situations dangereuses en cas de défaillance d'équipements ou de processus. Anticiper les pannes grâce à une surveillance active évite les accidents.

Le transmetteur de pression Foxboro Modbus IAP10M de Schneider Ce petit transmetteur peut être mis en réseau à l'aide de Modbus sur Ethernet ou d'une ligne série RS485/232 sélectionnable, offrant des options de connectivité polyvalentes. Sa facilité d'installation et de fonctionnement en fait un excellent choix pour une large gamme d'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 : 20 mA avec une résolution de 12 bits, adaptée au contrôle des variables mesurées dans le contrôle logique PID au RTU. Il comprend également une interface LCD conviviale avec commande à deux boutons et un écran à 2 lignes de 13 caractères pour une configuration et une surveillance faciles.

5. Mesure des vibrations

Les capteurs de vibrations, également appelés accéléromètres, jouent un rôle essentiel dans la surveillance de l'état des machines et des équipements dans diverses industries. Ces capteurs mesurent les niveaux de vibration des machines, fournissant des données essentielles pour prévenir les pannes, optimiser les calendriers de maintenance et garantir le bon fonctionnement. Comprendre les impacts négatifs des problèmes de vibrations sur les processus industriels et autres opérations met en évidence l'importance de ces capteurs pour obtenir des performances et une fiabilité optimales.

  • Fabrication : Des vibrations excessives dans les machines de fabrication peuvent entraîner un désalignement, une usure et une défaillance prématurée des composants. Cela peut entraîner des retards de production, une qualité réduite des produits et une augmentation des coûts de maintenance.
  • Usinage : Dans les opérations d'usinage de précision, les vibrations peuvent entraîner des imprécisions dans les processus de découpe, de perçage et de fraisage. Cela entraîne des pièces défectueuses, des taux de rebut plus élevés et des retouches supplémentaires.

En surveillant les vibrations, vous pouvez mieux prendre soin de vos machines et processus en obtenant certains avantages tels que ceux-ci :

  1. Entretien amélioré:
  • Maintenance prédictive : la surveillance des vibrations permet une maintenance prédictive en identifiant les premiers signes d'usure et les pannes potentielles. Cela permet une maintenance rapide, réduisant ainsi les pannes inattendues et les temps d’arrêt associés.
  • Durée de vie prolongée de l'équipement : en détectant et en résolvant les problèmes de vibration à un stade précoce, la durée de vie des machines et des composants peut être considérablement prolongée, réduisant ainsi la fréquence et le coût des remplacements.
  1. Économies de coûts:
  • Temps d'arrêt réduits : en évitant les pannes inattendues grâce à la détection précoce des problèmes de vibration, les entreprises peuvent minimiser les temps d'arrêt coûteux et maintenir des calendriers de production cohérents.
  1. Plus de sécurité:
  • Atténuation des risques : la surveillance des vibrations permet de détecter les conditions susceptibles de conduire à des défaillances catastrophiques, telles qu'une défaillance des roulements ou une fatigue structurelle. Cela garantit la sécurité du personnel et du matériel.

Banner offrent un niveau de précision exceptionnel dans la mesure de la vitesse efficace et de la température grâce à leur conception avec une construction métallique rigide et à profil bas qui minimise les interférences de résonance et améliore le contact avec la surface. Ces capteurs peuvent détecter même de légères augmentations des vibrations et de la température de la machine, permettant ainsi une identification précoce des problèmes potentiels.

Le QM30VT2 communique les données de performances à l'aide de Modbus RTU et est idéal pour détecter les problèmes potentiels dans les moteurs, les ventilateurs, les pompes et toute machine présentant un mouvement de rotation ou des vibrations. Disponibles en modèles avec un boîtier en acier inoxydable 316L ou un boîtier en aluminium robuste, ils sont construits pour résister aux environnements industriels difficiles.

Conclusion

Modbus reste la pierre angulaire de la communication industrielle, offrant un moyen fiable et flexible de connecter et de contrôler une large gamme de capteurs et d'appareils. En comprenant les capacités des différents capteurs et activateurs Modbus, tels que les automates et gateway , les industries peuvent optimiser leurs processus, améliorer leur efficacité et garantir le bon fonctionnement de leurs systèmes. Que vous surveilliez la puissance, le débit, la pression ou les conditions environnementales, les appareils compatibles Modbus offrent une solution robuste pour vos besoins d'automatisation.

Dans les opérations industrielles, garder le contrôle sur ces variables ainsi que sur d’autres variables critiques est essentiel pour garantir l’efficacité, la sécurité et la qualité des produits. Les impacts négatifs de ces variables dépassant leurs limites normales peuvent entraîner des perturbations opérationnelles importantes, une augmentation des coûts de maintenance et des risques potentiels pour la sécurité. Cependant, en utilisant des 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

Les opérations industrielles du monde entier exploitent de plus en plus le protocole Modbus pour s'intégrer aux technologies cloud en envoyant des données de télémétrie aux IoT telles que Ubidots . Lorsqu'il est associé à IoT , Modbus permet de transmettre les données en temps réel 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 une maintenance prédictive, l'optimisation des processus et une meilleure prise de décision grâce à des informations basées sur les données.

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Comment puis-je envoyer les données du capteur Modbus vers le cloud ?

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