5 sensores Modbus esenciales para la automatización industrial (con ejemplos)

En el mundo de la automatización industrial, los sensores desempeñan un papel crucial en el seguimiento y control de diversos procesos. Proporcionan datos esenciales que ayudan a tomar decisiones informadas para mejorar la eficiencia, la seguridad y la productividad. Uno de los protocolos más populares para la comunicación con sensores es Modbus. Este artículo repasa las versiones Modbus, RTU y TCP del protocolo y destaca cinco tipos de sensores compatibles con Modbus que pueden tener un impacto positivo en diferentes tipos de operaciones.

¿Qué es Modbus?

Modbus es un protocolo de comunicación serie desarrollado por Modicon en 1979 para su uso con sus controladores lógicos programables (PLC). Desde entonces se ha convertido en un estándar en los sistemas de comunicación industriales. Modbus permite la comunicación entre múltiples dispositivos conectados a la misma red, como sensores, actuadores y controladores.

Modbus RTU

Modbus RTU (Unidad terminal remota) es la versión más utilizada de Modbus. Opera a través de líneas de comunicación serial como RS-485 o RS-232. El formato RTU incluye una verificación de redundancia cíclica (CRC) para verificar errores, lo que garantiza una transmisión de datos confiable. Es particularmente favorecido por su simplicidad y robustez en entornos industriales hostiles.

Modbus TCP

Modbus TCP (Protocolo de control de transmisión) es una variante que opera a través de Ethernet. Esto permite velocidades de transferencia de datos más rápidas y la capacidad de integrarse con equipos de red modernos. Modbus TCP es beneficioso en entornos donde se requieren comunicaciones de alta velocidad y acceso remoto.

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Al ser un protocolo de larga trayectoria y de buena reputación, existen todo tipo de sensores que son compatibles con redes Modbus y Modbus. Sin embargo, basándonos en nuestra experiencia en Ubidots y en pruebas prácticas, decidimos hacer una lista con cinco tipos de sensores compatibles con Modbus que pueden tener un impacto profundo en diferentes operaciones industriales y un ejemplo destacado para cada uno de ellos.

1. Medidores de energía Modbus

Los sensores de medición de potencia son cruciales para monitorear parámetros eléctricos como voltaje, corriente, factor de potencia y consumo de energía. Estos sensores ayudan a gestionar el uso de energía de manera eficiente y a detectar anomalías que podrían indicar fallas en el equipo o desperdicio de energía.

Impacto de los problemas relacionados con la energía

1. Voltaje:

• Procesos industriales : Los niveles de voltaje inconsistentes o incorrectos pueden provocar un funcionamiento ineficiente o incluso fallas de la maquinaria. El sobrevoltaje puede dañar equipos sensibles, como sistemas de control y computadoras, mientras que el bajo voltaje puede provocar un rendimiento inadecuado y un mayor desgaste de los motores y otros componentes. Esto puede causar un tiempo de inactividad significativo, reducir la productividad y aumentar los costos de mantenimiento.

2. Actual:

• Equipo industrial : Los equipos críticos en cualquier operación industrial pueden verse afectados rápidamente por una sobrecorriente si el calor resultante daña los cables y otros componentes. Además del calor, los potentes campos magnéticos causados ​​por la sobrecorriente también pueden ejercer mucha presión sobre los equipos, incluso deformándolos.

3. Factor de potencia:

• Sistemas HVAC : en los sistemas HVAC, un factor de potencia deficiente puede reducir la eficiencia de las operaciones de calefacción y refrigeración, lo que genera un mayor consumo de energía y mayores costos operativos.

4. Consumo de energía:

• En cualquier tipo de operación : un alto consumo de energía sin un monitoreo adecuado puede generar costos operativos excesivos, una mayor huella de carbono y un uso ineficiente de los recursos.

Es comprensible que monitorear estas variables relacionadas con la energía pueda traer beneficios como los siguientes:

• Optimización de energía : al monitorear el uso de energía, las empresas pueden identificar áreas donde se desperdicia energía e implementar medidas para optimizar el consumo. Esto conduce a operaciones más eficientes y costos de energía reducidos.
• Fiabilidad : Garantizar un suministro de energía estable y un funcionamiento adecuado de los sistemas eléctricos aumenta la fiabilidad de los procesos industriales y minimiza las interrupciones.
• Vida útil prolongada del equipo : el monitoreo adecuado de la energía ayuda a prevenir condiciones que pueden dañar el equipo, extendiendo su vida útil y reduciendo la frecuencia de reemplazos y reparaciones.
• Mitigación de riesgos : el monitoreo de los parámetros de energía ayuda a la detección temprana de condiciones potencialmente peligrosas como sobrecorriente, sobretensión y cortocircuitos. Esto permite una intervención oportuna para prevenir accidentes y garantizar la seguridad.
• Cumplimiento : Cumplir con los estándares de seguridad eléctrica es importante para cumplir con diferentes regulaciones que son comunes en todo el mundo. La medición de potencia puede ayudarle a evitar problemas legales gracias a reacciones oportunas.

Dispositivo de energía destacado: Módulo de medición de energía trifásico

WAGO es un dispositivo versátil y compacto diseñado para medir datos eléctricos en redes de suministro trifásicas. Alojado en un gabinete de montaje en riel DIN, este módulo proporciona capacidades de monitoreo remoto desde el nivel de control, lo que lo hace ideal para diversas aplicaciones industriales. El módulo mide variables eléctricas críticas, incluida la potencia activa, aparente y reactiva, el consumo de energía, el factor de potencia, el ángulo de fase y la frecuencia.

Una de las características destacadas del módulo de WAGO es su capacidad para almacenar variables medidas en una tarjeta microSD, lo que facilita la medición móvil y el registro de datos. El dispositivo admite medición de corriente a través de un transformador de corriente de 1A e incluye una salida de señal digital configurable para salida de pulsos. Además, ofrece una interfaz de configuración para mostrar y configurar los valores medidos durante el funcionamiento, lo que garantiza facilidad de uso y flexibilidad.

2. Medidores de flujo Modbus

Los medidores de flujo Modbus son esenciales en diversas industrias, como la de tratamiento de agua, procesamiento químico, petróleo y gas, y alimentos y bebidas. Estos sensores pueden medir el caudal volumétrico o másico de un fluido que se mueve a través de una tubería, proporcionando datos críticos para el control y la optimización del proceso. Los medidores de flujo volumétrico miden el volumen de fluido por unidad de tiempo, mientras que los medidores de flujo másico miden la masa de fluido por unidad de tiempo. Los medidores de flujo de densidad, aunque no miden el caudal directamente, a menudo se usan junto con medidores de flujo para proporcionar datos de densidad que pueden usarse para calcular el flujo másico a partir de mediciones de flujo volumétrico.

Comprender cómo la medición de flujo y densidad afecta los procesos industriales y otras operaciones puede ayudar a lograr una mayor eficiencia, calidad y seguridad.

Cómo los problemas de flujo y densidad impactan las operaciones

1. Problemas de caudal:

• Procesos industriales : una medición de flujo inexacta puede provocar una mezcla inadecuada y una calidad inconsistente en los productos. Por ejemplo, en la industria química, caudales incorrectos pueden dar como resultado proporciones incorrectas de reactivos, lo que produce productos fuera de especificación que pueden necesitar ser reprocesados ​​o descartados, aumentando así los costos operativos y los desechos.
• Tratamiento de agua : en las plantas de tratamiento de agua, una medición inadecuada del flujo puede afectar la dosificación de productos químicos, lo que lleva a un tratamiento insuficiente o excesivo del agua. Esto puede resultar en una calidad del agua insalubre, multas regulatorias y mayores costos operativos.
• Invernaderos : En los invernaderos, un riego inadecuado debido a mediciones de flujo inexactas puede provocar estrés hídrico o anegamiento de las plantas, afectando su crecimiento y rendimiento. El riego excesivo también puede desperdiciar recursos hídricos y aumentar los costos.

2. Problemas de densidad:

• Industria de alimentos y bebidas : las mediciones de densidad incorrectas pueden generar una calidad del producto inconsistente, lo que afecta el sabor, la textura y la satisfacción general del consumidor. Por ejemplo, en el procesamiento de lácteos, las variaciones en la densidad de la leche pueden afectar la consistencia y calidad de productos como el queso y el yogur.
• Industria del petróleo y el gas : en el sector del petróleo y el gas, las mediciones de densidad inexactas pueden provocar procesos de separación ineficientes y una facturación incorrecta. Esto puede resultar en importantes pérdidas financieras y disputas con clientes o proveedores.

Ser capaz de detectar problemas de flujo y densidad de manera temprana, o prevenirlos por completo, tiene estos beneficios y más:

• Consistencia : el monitoreo del flujo y la densidad garantiza una calidad constante del producto al mantener las proporciones correctas de materiales. Esto es particularmente importante en industrias donde las formulaciones precisas son cruciales, como las farmacéuticas y químicas.
• Gestión de recursos : el control eficiente del flujo y la densidad minimiza el uso de materias primas y reduce los residuos, lo que genera ahorros de costos y operaciones más sostenibles.
• Mantenimiento predictivo : las anomalías en las mediciones de flujo y densidad pueden indicar posibles problemas con el equipo, como obstrucciones o fugas. La detección temprana permite realizar un mantenimiento preventivo, reduciendo el tiempo de inactividad inesperado.
• Protección ambiental : Las mediciones precisas ayudan a controlar las emisiones y vertidos, reducir el impacto ambiental y garantizar el cumplimiento de las regulaciones ambientales.
  

Dispositivo de flujo destacado: Rosemount 3418

El medidor de flujo ultrasónico de 8 vías Rosemount 3418 de Emerson El Rosemount combina la potencia de dos medidores de diseño de British Gas de 4 vías entrelazados en un solo cuerpo de medidor de flujo. Esta configuración innovadora presenta una imagen especular del primer conjunto de acordes, cancelando efectivamente los efectos de remolino y flujo cruzado. Con una impresionante clase de precisión de 0,5 OIML, el Rosemount 3418 requiere solo cinco diámetros de recorrido recto y elimina la necesidad de un acondicionador de flujo, lo que reduce significativamente los costos de compresión y bombeo y, al mismo tiempo, elimina el mantenimiento debido a obstrucciones.

Rosemount está repleto de funciones avanzadas que mejoran su funcionalidad y facilidad de uso. Su alta capacidad de rango, superior a 100:1, garantiza menos tiradas de metros, tamaños de línea más pequeños y menores costos de capital. Fabricado con acero al carbono duradero y acero inoxidable, el Rosemount 3418 está diseñado para soportar entornos industriales hostiles y, al mismo tiempo, ofrece precisión y rendimiento incomparables.

3. Sensores ambientales Modbus

Los sensores ambientales son esenciales para monitorear variables ambientales como los niveles de dióxido de carbono (CO2), la temperatura y la humedad. Estas mediciones desempeñan un papel fundamental en diversas industrias y aplicaciones, como sistemas HVAC, invernaderos, almacenamiento de alimentos, fabricación y más.

Impacto de los problemas relacionados con el medio ambiente

1. Cambios de temperatura:

• En procesos industriales : en la fabricación, el control preciso de la temperatura es crucial para mantener la calidad y consistencia de los productos. Por ejemplo, en la industria farmacéutica, las fluctuaciones de temperatura pueden afectar la estabilidad y eficacia de los medicamentos.
• En invernaderos : El control de la temperatura en los invernaderos es vital para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Las temperaturas demasiado altas o demasiado bajas pueden impedir el crecimiento, afectar la floración y reducir el rendimiento de los cultivos.

2. Cambios de humedad:

• En procesos industriales : la humedad puede afectar significativamente procesos como pintura, recubrimiento e impresión. La humedad alta puede provocar condensación, lo que provoca defectos y una mala adherencia, mientras que la humedad baja puede provocar problemas de electricidad estática.
• En el almacenamiento de alimentos : el control adecuado de la humedad en el almacenamiento de alimentos es esencial para evitar su deterioro y mantener la calidad del producto. La humedad alta puede provocar el crecimiento de moho, mientras que la humedad baja puede hacer que los productos se sequen y pierdan su textura.

3. cambios de CO2:

• En invernaderos : Los niveles de CO2 en los invernaderos son críticos para la fotosíntesis. Los niveles elevados de CO2 pueden mejorar el crecimiento y el rendimiento de las plantas, pero niveles excesivamente altos también pueden ser perjudiciales.
• En habitabilidad/seguridad : La monitorización de los niveles de CO2 en edificios y espacios de trabajo ayuda a mantener una buena calidad del aire interior. Las altas concentraciones de CO2 pueden provocar somnolencia, reducción de la productividad y problemas de salud.

En consecuencia, monitorear las variables ambientales y actuar sobre los cambios críticos de manera oportuna brinda varios beneficios, que incluyen:

• Consistencia : monitorear y controlar las variables ambientales garantiza condiciones consistentes, lo que conduce a una mayor calidad y uniformidad del producto.
• Cumplimiento : en industrias como la farmacéutica y la de procesamiento de alimentos, cumplir con estrictos estándares ambientales es crucial para garantizar el cumplimiento de los requisitos reglamentarios.
• Eficiencia de recursos : el control preciso de las variables ambientales reduce el desperdicio de materias primas y energía. Por ejemplo, mantener los niveles de humedad adecuados puede evitar el deterioro del producto y reducir el desperdicio en el almacenamiento de alimentos.
• Seguridad de procesos : en procesos que involucran sustancias volátiles, como la fabricación de productos químicos, controlar las condiciones ambientales es crucial para prevenir situaciones peligrosas.
  

Dispositivo de CO2 destacado: SenseCAP SOLO CO2 5000 - Sensor de CO2 NDIR

Seeed Studio es un sensor de concentración de CO2 NDIR de alto rendimiento diseñado para diversas aplicaciones, incluidos invernaderos, entornos urbanos, granjas avícolas y estaciones de transporte. Este sensor compacto, compatible con los protocolos de comunicación Modbus (Modbus-RTU/Modbus-ASCII) RS485 y SDI-12, ofrece funcionalidad de calibración incorporada, lo que facilita su integración y operación en diversos escenarios donde el monitoreo de los niveles de CO2 es fundamental.

El SenseCAP SOLO CO2 5000 presenta un amplio rango de medición de CO2 de 400 ppm a 5000 ppm con una precisión de ± (50 ppm + 5 % * MV), lo que garantiza una recopilación de datos precisa y confiable. Su alta precisión, respuesta rápida y estabilidad superior lo convierten en una opción confiable para el monitoreo continuo de CO2. El dispositivo admite un amplio rango de suministro de energía de 5 V a 16 V, lo que brinda flexibilidad en diferentes entornos de instalación. Su tamaño compacto y su excelente relación rendimiento-precio lo convierten en una solución ideal para diversas aplicaciones.

4. Sensores de presión Modbus

Los sensores de presión Modbus, también conocidos como transmisores de presión Modbus, se utilizan ampliamente en diversas industrias para monitorear y controlar la presión en procesos que involucran gases o líquidos. La medición precisa de la presión es vital para garantizar la seguridad, la eficiencia y la calidad del producto.

Cómo los problemas de presión afectan las operaciones

• En fabricación : una presión incorrecta puede provocar productos defectuosos e ineficiencias en el proceso. Por ejemplo, en el moldeado de plástico, una presión incorrecta puede dar como resultado productos formados incorrectamente, lo que genera altas tasas de desperdicio y mayores costos.
• En alimentos y bebidas : en la industria de alimentos y bebidas, mantener una presión precisa es esencial para procesos como la pasteurización y la carbonatación. Una presión incorrecta puede provocar productos estropeados y riesgos para la seguridad.
• En Sistemas de Filtración : En las plantas de tratamiento de agua, una presión incorrecta puede afectar la eficiencia de los sistemas de filtración. La baja presión puede provocar una filtración insuficiente, lo que da como resultado una mala calidad del agua, mientras que la alta presión puede dañar las membranas de filtración, lo que provoca costosas reparaciones y tiempo de inactividad.
• En operaciones de perforación : en la perforación de petróleo y gas, mantener la presión correcta es fundamental para evitar explosiones y garantizar operaciones seguras. Una presión incorrecta puede provocar fallas en el equipo, riesgos para la seguridad y contaminación ambiental.
• Sistemas de riego : en los invernaderos, los problemas de presión pueden afectar el rendimiento de los sistemas de riego. La baja presión puede provocar un suministro inadecuado de agua a las plantas, afectando su crecimiento y rendimiento, mientras que la alta presión puede dañar el equipo de riego.
  

Algunos de los beneficios del control de la presión incluyen:

• Consistencia : monitorear y mantener los niveles de presión correctos garantiza una calidad constante del producto al permitir un control preciso sobre las condiciones de fabricación y procesamiento.
• Estabilidad operativa : Las mediciones de presión estables y precisas garantizan un funcionamiento fluido de los procesos, minimizando las interrupciones y manteniendo la productividad.
• Mitigación de riesgos : el monitoreo de la presión ayuda a detectar condiciones anormales que podrían conducir a situaciones peligrosas en las que fallan los equipos o procesos. Anticiparse a las averías con un seguimiento activo previene accidentes.
  

Dispositivo de presión destacado: Transmisor de presión Foxboro Modbus IAP10M

El transmisor de presión Foxboro Modbus IAP10M de Schneider Este pequeño transmisor se puede conectar en red mediante Modbus a través de Ethernet o una línea serie RS485/232 seleccionable, lo que ofrece opciones de conectividad versátiles. Su facilidad de instalación y operación lo convierte en una excelente opción para una amplia gama de aplicaciones en los sectores de petróleo, gas, agua e industrial.

El Foxboro IAP10M cuenta con una salida analógica de 0:20 mA con resolución de 12 bits, adecuada para controlar variables medidas dentro del control lógico PID en RTU. También incluye una interfaz LCD fácil de usar con control de dos botones y una pantalla de 2 líneas con 13 caracteres para una fácil configuración y monitoreo.

5. Medición de vibraciones

Los sensores de vibración, también conocidos como acelerómetros, son fundamentales para monitorear el estado de maquinaria y equipos en diversas industrias. Estos sensores miden los niveles de vibración de las máquinas y proporcionan datos esenciales para prevenir fallas, optimizar los programas de mantenimiento y garantizar un funcionamiento sin problemas. Comprender los impactos negativos de los problemas de vibración en los procesos industriales y otras operaciones resalta la importancia de estos sensores para lograr un rendimiento y una confiabilidad óptimos.

Impacto de los problemas relacionados con las vibraciones

• Fabricación : La vibración excesiva en la maquinaria de fabricación puede provocar desalineación, desgaste y fallas prematuras de los componentes. Esto puede causar retrasos en la producción, reducción de la calidad del producto y aumento de los costos de mantenimiento.
• Mecanizado : En operaciones de mecanizado de precisión, las vibraciones pueden provocar imprecisiones en los procesos de corte, taladrado y fresado. Esto da como resultado piezas defectuosas, mayores tasas de desperdicio y retrabajo adicional.
  

Al monitorear la vibración, podrá cuidar mejor sus máquinas y procesos logrando algunos beneficios como estos:

1. Mantenimiento mejorado:

• Mantenimiento predictivo : el monitoreo de vibraciones permite el mantenimiento predictivo al identificar signos tempranos de desgaste y fallas potenciales. Esto permite un mantenimiento oportuno, reduciendo averías inesperadas y el tiempo de inactividad asociado.
• Vida útil prolongada del equipo : al detectar y abordar los problemas de vibración de manera temprana, la vida útil de la maquinaria y los componentes se puede extender significativamente, reduciendo la frecuencia y el costo de los reemplazos.

2. Ahorro de costos:

• Reducción del tiempo de inactividad : al prevenir fallas inesperadas mediante la detección temprana de problemas de vibración, las empresas pueden minimizar los costosos tiempos de inactividad y mantener programas de producción consistentes.

3. Mayor seguridad:

• Mitigación de riesgos : el monitoreo de la vibración ayuda a detectar condiciones que podrían provocar fallas catastróficas, como fallas en los rodamientos o fatiga estructural. Esto garantiza la seguridad del personal y del equipo.

Dispositivo de vibración destacado: QM30VT2

Los sensores QM30VT2 de Banner Estos sensores pueden detectar incluso ligeros aumentos en la vibración y la temperatura de la máquina, lo que proporciona una identificación temprana de problemas potenciales.

El QM30VT2 comunica datos de rendimiento mediante Modbus RTU y es ideal para detectar posibles problemas en motores, ventiladores, bombas y cualquier maquinaria con movimiento giratorio o vibración. Disponibles en modelos con carcasa de acero inoxidable 316L o carcasa de aluminio de alta resistencia, están fabricados para soportar entornos industriales hostiles.

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Concluyendo

Modbus sigue siendo una piedra angular de la comunicación industrial, ya que proporciona una forma confiable y flexible de conectar y controlar una amplia gama de sensores y dispositivos. Al comprender las capacidades de los diferentes sensores y habilitadores Modbus, como PLC y gateway , las industrias pueden optimizar sus procesos, mejorar la eficiencia y garantizar el buen funcionamiento de sus sistemas. Ya sea que esté monitoreando energía, flujo, presión o condiciones ambientales, los dispositivos compatibles con Modbus ofrecen una solución sólida para sus necesidades de automatización.

En las operaciones industriales, mantener el control sobre esas y otras variables críticas es esencial para garantizar la eficiencia, la seguridad y la calidad del producto. Los impactos negativos de estas variables que exceden sus rangos normales pueden provocar importantes interrupciones operativas, mayores costos de mantenimiento y posibles riesgos de seguridad. Sin embargo, al utilizar sensores compatibles con Modbus, las industrias pueden lograr un monitoreo y control precisos sobre estas variables, transformando los riesgos potenciales en oportunidades de optimización y mejora.

Los sensores Modbus se encuentran con la nube

Las operaciones industriales en todo el mundo están aprovechando cada vez más el protocolo Modbus para integrarse con tecnologías de nube mediante el envío de datos de telemetría a IoT como Ubidots . Cuando se combina con IoT , Modbus permite transmitir datos en tiempo real de procesos industriales a la nube, donde se pueden analizar, monitorear y controlar de forma remota. Esta integración mejora la eficiencia y la flexibilidad de las operaciones industriales, permitiendo el mantenimiento predictivo, la optimización de procesos y una mejor toma de decisiones a través de conocimientos basados ​​en datos.

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¿Cómo puedo enviar datos del sensor Modbus a la nube?

Una red Modbus puede estar compuesta por varios tipos diferentes de dispositivos, cada uno con su propia función distintiva, pero el encargado de reenviar los datos del sensor a la nube suele ser una gateway . Vea cómo puede enviar fácilmente sus datos Modbus a la nube integrando sus gateway WAGO , Advantech , Red Lion (o cualquier otra) a Ubidots .