ข่าว
บ้าน / ข่าว / ข่าวอุตสาหกรรม / วิธีที่เกตเวย์อัจฉริยะที่ใช้ Modbus เปลี่ยนข้อมูลมิเตอร์วัดพลังงานที่กระจัดกระจายให้เป็นข้อมูลเชิงลึกด้านพลังงานที่ใช้งานได้

วิธีที่เกตเวย์อัจฉริยะที่ใช้ Modbus เปลี่ยนข้อมูลมิเตอร์วัดพลังงานที่กระจัดกระจายให้เป็นข้อมูลเชิงลึกด้านพลังงานที่ใช้งานได้

เหตุใดโรงงานอุตสาหกรรมจึงมีการกำหนดมาตรฐานในโปรโตคอลการสื่อสารเดียว

ไซต์งานอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ไม่ได้ตั้งใจที่จะสร้างสภาพแวดล้อมการวัดแสงแบบกระจัดกระจาย มันเกิดขึ้นทีละน้อย: ช่างสร้างแผงได้ติดตั้งมิเตอร์ยี่ห้อหนึ่งสำหรับผู้มีรายได้หลัก ผู้รับเหมาไฟฟ้าเพิ่มอีกหนึ่งยี่ห้อสำหรับสายการผลิตใหม่และโครงการติดตั้งเพิ่มอีกหนึ่งในสามสำหรับวงจรไฟส่องสว่าง อุปกรณ์แต่ละเครื่องพูดภาษาถิ่นของรีจิสเตอร์ อัตรารับส่งข้อมูล และรูปแบบการจัดการที่อยู่ของตัวเอง ผลลัพธ์ที่ได้คือสิ่งอำนวยความสะดวกที่สร้างข้อมูลไฟฟ้าจำนวนมหาศาล แต่ยังไม่สามารถตอบคำถามง่ายๆ ได้: จริงๆ แล้วพลังงานถูกใช้ไปที่ไหน และเพราะเหตุใด

นี่คือเหตุผลในทางปฏิบัติที่วิศวกรโรงงานจำนวนมากมารวมกันโดยใช้โปรโตคอลอนุกรมเดียวสำหรับชั้นการสูบจ่ายของพวกเขา มีการกำหนดค่าอย่างดี เกตเวย์อัจฉริยะ ตั้งอยู่ระหว่างอุปกรณ์ภาคสนามและระบบอัปสตรีม แปลการรับส่งข้อมูล RS485 เป็นรูปแบบบนอีเทอร์เน็ตที่แพลตฟอร์มการจัดการอาคาร เลเยอร์ SCADA และแดชบอร์ดบนคลาวด์สามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องใช้ไดรเวอร์แบบกำหนดเองสำหรับมิเตอร์ทุกรุ่น แทนที่จะรักษาการบูรณาการแบบจุดต่อจุดหลายสิบจุด โรงงานจะสร้างมาตรฐานในรูปแบบการกำหนดที่อยู่เดียวและลอจิกโพลหนึ่งรายการ จากนั้นปล่อยให้เกตเวย์จัดการงานแปล

Smart gateway device used for Modbus protocol conversion in industrial energy systems

หน่วยเกตเวย์ที่แปลงการรับส่งข้อมูลฟิลด์ RS485 ให้เป็นสตรีมข้อมูลบนอีเทอร์เน็ต

ไดรเวอร์พื้นฐานคือต้นทุนการเป็นเจ้าของ สิ่งอำนวยความสะดวกที่ใช้โปรโตคอลที่เป็นกรรมสิทธิ์ผสมผสานกันจะรายงานรอบการทดสอบการใช้งานที่ยาวนานขึ้นและค่าใช้จ่ายในการรวมระบบที่สูงขึ้นทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนมิเตอร์หรือเพิ่มวงจรใหม่ เลเยอร์โปรโตคอลที่ใช้ร่วมกันจะช่วยลดแรงเสียดทานนั้นเนื่องจากก เครื่องวัดพลังงาน Modbus โดยหลักการแล้ว จากผู้ขายที่ปฏิบัติตามกฎเกณฑ์ใดๆ สามารถเพิ่มลงในเครือข่ายได้โดยใช้ลอจิกการลงทะเบียนเดียวกันกับที่บันทึกไว้แล้วสำหรับส่วนที่เหลือในฟลีต

การสื่อสาร Modbus RTU ย้ายข้อมูลทั่วทั้งโรงงานได้อย่างไร

การสื่อสาร Modbus RTU เป็นไปตามโมเดลหลักและรุ่นรองบนบัสอนุกรมที่ใช้ร่วมกัน ซึ่งโดยทั่วไปจะต่อสายเป็น RS485 อุปกรณ์หลักหนึ่งเครื่อง ซึ่งโดยปกติจะเป็นเกตเวย์หรือตัวควบคุมภายในเครื่อง จะออกคำขอที่มีที่อยู่อุปกรณ์และโค้ดฟังก์ชัน เฉพาะอุปกรณ์สเลฟที่ตรงกับที่อยู่นั้นเท่านั้นที่ตอบสนอง ซึ่งทำให้บัสสามารถกำหนดได้ แม้ว่าหลายสิบเมตรจะใช้คู่สายเคเบิลเดียวกันก็ตาม รหัสฟังก์ชันกำหนดการดำเนินการ: การอ่านรีจิสเตอร์ค้างสำหรับค่าที่วัดได้ การอ่านรีจิสเตอร์อินพุตสำหรับข้อมูลสถานะ หรือการเขียนรีจิสเตอร์เดี่ยวสำหรับการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่า

การรวมเครื่องวัดพลังงาน RS485 ขึ้นอยู่กับระเบียบวินัยทางกายภาพเป็นอย่างมาก ขั้วของสายไฟ โทโพโลยีแบบสายโซ่เดซี่แทนการเดินสายแบบสตาร์ และความต้านทานการสิ้นสุดที่ถูกต้องที่ปลายทั้งสองด้านของบัส ล้วนส่งผลต่อว่ามิเตอร์จะตอบสนองได้อย่างน่าเชื่อถือในระยะทางไกลกว่าหรืออัตรารับส่งข้อมูลที่สูงขึ้นหรือไม่ อุปกรณ์ที่ข้ามตัวต้านทานการสิ้นสุดมักจะเห็นการหมดเวลาเป็นระยะๆ ซึ่งดูเหมือนปัญหาซอฟต์แวร์ แต่จริงๆ แล้วเป็นปัญหาเกี่ยวกับสายไฟ

เส้นทางข้อมูลทั่วไปจาก Field Meter ไปยัง Cloud Dashboard หลายวงจร เครื่องวัดพลังงาน รถบัส RS485 Modbus RTU เกตเวย์อัจฉริยะ การแปลงโปรโตคอล สกาด้าหรือ แพลตฟอร์มคลาวด์ แต่ละมิเตอร์จะถูกสำรวจตามที่อยู่ของอุปกรณ์ เกตเวย์จะรวบรวมคำตอบ และเผยแพร่ซ้ำเป็นข้อมูลบนอีเทอร์เน็ตสำหรับระบบดาวน์สตรีม

มิเตอร์ เครื่องวิเคราะห์ และเกตเวย์: บทบาทที่แตกต่างในห่วงโซ่ข้อมูลเดียว

ช่วยแยกว่าอุปกรณ์แต่ละประเภทมีส่วนช่วยอะไรบ้างก่อนที่จะออกแบบเครือข่าย ก เครื่องวัดพลังงานหลายวงจร วัดค่าตัวป้อนจำนวนมากจากยูนิตเดียว ซึ่งเหมาะกับแผงที่มีวงจรกระแสต่ำหลายสิบวงจร เช่น ไฟส่องสว่างหรือโหลดของผู้เช่าแบบมิเตอร์ย่อย ก เครื่องวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้า ก้าวไปอีกขั้นโดยจับฮาร์โมนิค แรงดันไฟฟ้าตก การกะพริบ และเหตุการณ์ชั่วคราวที่เครื่องวัดพลังงานพื้นฐานมักไม่ได้บันทึก เกตเวย์ไม่ได้วัดสิ่งใดในตัวเอง งานของมันคือการรวบรวมและการแปล

Multi-circuits energy meter panel installation Power quality analyzer for industrial monitoring
ประเภทอุปกรณ์ ฟังก์ชั่นหลัก ตำแหน่งทั่วไป
หลายวงจรs Energy Meter การติดตามการใช้วงจรย่อย แผงกระจายสินค้า การวัดแสงย่อยของผู้เช่า
เครื่องวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้า ฮาร์มอนิก แซ็ก ทรานเซียนท์ ผู้มีรายได้หลัก ตัวป้อนภาระที่มีความละเอียดอ่อน
เกตเวย์อัจฉริยะ (ANet series) การแปลงโปรโตคอล การรวบรวมข้อมูล ห้องสื่อสาร ตู้เครือข่าย

กลุ่มผลิตภัณฑ์ฮาร์ดแวร์เกตเวย์ ANet มักจะถูกจับคู่กับกลุ่มมิเตอร์ เนื่องจากได้รับการออกแบบโดยใช้รูปแบบการลงทะเบียนเดียวกันกับที่มิเตอร์ใช้อยู่แล้ว ซึ่งจะทำให้งานการทำแผนที่สั้นลงที่อธิบายไว้ในส่วนถัดไป การเลือกอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานร่วมกันจะช่วยลดการกำหนดค่าแบบกำหนดเองซึ่งมิเช่นนั้นตกเป็นหน้าที่ของวิศวกรผู้ว่าจ้าง

การทำแผนที่ข้อมูลเครื่องวัดพลังงาน: การลงทะเบียนโครงสร้างดังนั้นค่านิยมจึงสมเหตุสมผล

การแมปข้อมูลมิเตอร์วัดพลังงานเป็นกระบวนการจัดทำเอกสารว่าที่อยู่ลงทะเบียนใดสอดคล้องกับปริมาณทางกายภาพ ประเภทข้อมูลที่ใช้ และปัจจัยการปรับขนาดที่ต้องนำมาใช้ก่อนที่จำนวนเต็มดิบจะกลายเป็นค่าทางวิศวกรรมที่มีความหมาย การข้ามเอกสารนี้เป็นสาเหตุหนึ่งที่พบบ่อยที่สุดที่โครงการบูรณาการต้องหยุดชะงักกลางทาง เนื่องจากใครก็ตามที่กำหนดค่าแท็ก SCADA จะต้องวิศวกรรมย้อนกลับการแมปจากการลองผิดลองถูก

ที่อยู่ลงทะเบียน พารามิเตอร์ ประเภทข้อมูล การปรับขนาด
0x0000 แรงดันไฟฟ้าเฟส A 16 บิตที่ไม่ได้ลงนาม หารด้วย 10
0x0006 กระแสเฟส A 16 บิตที่ไม่ได้ลงนาม หารด้วย 1000
0x000C กำลังใช้งานทั้งหมด เซ็นชื่อ 32 บิต หารด้วย 100
0x0100 พลังงานสะสม 32 บิตที่ไม่ได้ลงนาม หารด้วย 100

ระเบียบวินัยที่เป็นประโยชน์คือการควบคุมเวอร์ชันแผนที่ทะเบียนควบคู่ไปกับแผนผังสายไฟ ดังนั้นช่างเทคนิคที่เปลี่ยนมิเตอร์ที่ล้มเหลวในปีต่อมาจึงไม่จำเป็นต้องคาดเดารูปแบบการกำหนดที่อยู่เดิม หากเป็นไปได้ สร้างมาตรฐานบนแผนที่เดียวกันทุกแห่ง เครื่องวัดพลังงาน Modbus ในกลุ่มยานพาหนะ แม้จะมีขนาดวงจรต่างกัน หมายความว่าเทมเพลต SCADA เดียวกันนั้นสามารถนำมาใช้ซ้ำได้ แทนที่จะสร้างใหม่สำหรับทุกแผง

สิ่งที่ข้อมูลภาคสนามแสดง: การหาปริมาณกำไรจากการบูรณาการ

ทีมงานอำนวยความสะดวกที่ย้ายจากการอ่านค่ามิเตอร์แบบแยกไปยังเครือข่ายรวมเกตเวย์ โดยทั่วไปจะรายงานผลกระทบที่วัดได้สองประการ: ความคลาดเคลื่อนน้อยลงระหว่างปริมาณการใช้ที่เรียกเก็บเงินและแบบมิเตอร์ และความพยายามด้วยตนเองที่ลดลงอย่างมากในการปรับยอดการอ่านข้ามแผง ตัวเลขต่อไปนี้สรุปผลลัพธ์ที่รายงานในสิ่งอำนวยความสะดวกประเภทต่างๆ หลังจากกำหนดมาตรฐานในการรวมเครื่องวัดพลังงาน RS485 กับเลเยอร์เกตเวย์ทั่วไป

การลดความคลาดเคลื่อนของข้อมูลการวัดแสงตามประเภทสิ่งอำนวยความสะดวก การผลิตแบบแยกส่วน 38% อุตสาหกรรมกระบวนการ 45% อาคารพาณิชย์ 29% ศูนย์ข้อมูล 52% สถานีไฟฟ้าย่อย 33% อิงตามรายงานไซต์แบบรวมหลังจากการผสานรวมที่ใช้เกตเวย์เป็นสื่อกลาง
อัตราการสูญเสียแพ็คเก็ตข้อมูลรายเดือนก่อนและหลังการปรับให้เหมาะสม ม1 M2 ม3 ม4 ม5 ม6 ก่อนการเพิ่มประสิทธิภาพ หลังจากการเพิ่มประสิทธิภาพ

การกำหนดค่าเกตเวย์: ขั้นตอนปฏิบัติสำหรับการแปลงโปรโตคอลระบบไฟฟ้า

การกำหนดค่าเกตเวย์สำหรับระบบไฟฟ้าเป็นไปตามลำดับที่คาดเดาได้ และการข้ามขั้นตอนที่ไม่เป็นระเบียบเป็นสาเหตุของความล่าช้าส่วนใหญ่ รายการด้านล่างนี้สะท้อนถึงลำดับที่ทีมว่าจ้างส่วนใหญ่พบว่ามีประสิทธิผล

  1. กำหนดที่อยู่อุปกรณ์เฉพาะให้กับทุกมิเตอร์บนบัสก่อนเดินสาย ไม่ใช่หลังจากนั้น
  2. จับคู่อัตรารับส่งข้อมูล พาริตี และบิตหยุดในอุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้เซ็กเมนต์อนุกรมเดียวกัน
  3. กำหนดช่วงเวลาการโพลที่สร้างความสมดุลระหว่างความใหม่ของข้อมูลกับการโหลดบัส โดยเฉพาะในส่วนที่มีอุปกรณ์มากกว่ายี่สิบเครื่อง
  4. แมปแต่ละรีจิสเตอร์มิเตอร์กับแท็กที่เกี่ยวข้องในโปรโตคอลอัปสตรีม ไม่ว่าจะเป็นแผนที่ Modbus อื่น BACnet หรือหัวข้อ MQTT
  5. ดำเนินการทดสอบการแช่อย่างน้อย 24 ชั่วโมงเพื่อดูปัญหาการหมดเวลาหรือเสียงรบกวนเป็นระยะๆ ก่อนส่งมอบ

การแปลงโปรโตคอลทางอุตสาหกรรมจะซับซ้อนมากขึ้นเมื่อสถานที่ผสมเซ็กเมนต์อนุกรมและอีเทอร์เน็ต เนื่องจากเกตเวย์ต้องจัดการโมเดลไทม์มิ่งที่แตกต่างกันสองโมเดลพร้อมกัน การประเมินเวลาแฝงในการโพลทางฝั่งอนุกรมต่ำเกินไปเป็นสาเหตุที่พบบ่อยของการอ่านค่าเก่าที่ปรากฏบนแดชบอร์ดที่กำหนดค่าอย่างถูกต้อง

สาเหตุที่แท้จริงของข้อผิดพลาดในการสื่อสาร RS485 สายไฟหรือ การสิ้นสุด 34% อัตรารับส่งข้อมูล ไม่ตรงกัน 24% ที่อยู่ ความขัดแย้ง 20% ไฟฟ้า เสียงรบกวน 14% เฟิร์มแวร์ หมดเวลา 8%

การแปลงที่ใช้เกตเวย์เทียบกับการสำรวจแบบจุดต่อจุดโดยตรง

การติดตั้งขนาดเล็กบางแห่งยังคงสำรวจแต่ละมิเตอร์โดยตรงจากตัวควบคุมภายในเครื่อง โดยไม่มีเลเยอร์เกตเวย์เฉพาะ วิธีนี้ใช้งานได้กับอุปกรณ์จำนวนหนึ่ง แต่จะลดระดับลงเมื่อกลุ่มยานพาหนะเติบโตขึ้น การเปรียบเทียบเรดาร์ด้านล่างสะท้อนให้เห็นว่าทั้งสองแนวทางเปรียบเทียบกันในมิติเชิงปฏิบัติทั้งห้ามิติอย่างไร

เกตเวย์ไกล่เกลี่ยเทียบกับการสำรวจแบบจุดต่อจุดโดยตรง ความสามารถในการขยายขนาด การควบคุมความหน่วง ความสม่ำเสมอของข้อมูล ความง่ายในการบูรณาการ ความเรียบง่ายในการบำรุงรักษา เกตเวย์เป็นสื่อกลาง การเลือกตั้งโดยตรง

การโพลโดยตรงสามารถมีประสิทธิภาพเหนือกว่าเกตเวย์บนเวลาแฝงดิบสำหรับจำนวนอุปกรณ์ที่น้อยมาก แต่ข้อดีนั้นจะหายไปเมื่อสถานที่เพิ่มโปรโตคอลที่สอง ตัวควบคุมที่ซ้ำซ้อน หรือมากกว่าประมาณสิบห้าเมตรบนบัสหนึ่งตัว

ข้อผิดพลาดทั่วไปในการใช้งานและการแก้ไขในทางปฏิบัติ

  • ที่อยู่อุปกรณ์ซ้ำ: เมตรสองเมตรที่ใช้ที่อยู่เดียวกันทำให้เกิดการชนกันของการตอบสนอง เก็บบันทึกที่อยู่ที่พิมพ์ไว้ระหว่างการติดตั้ง
  • อัตรารับส่งข้อมูลแบบผสมในหนึ่งเซ็กเมนต์: อุปกรณ์ทุกชิ้นบนฟิสิคัลบัสเดียวกันจะต้องตรงกัน แม้ว่าค่าเริ่มต้นของผู้ผลิตจะแตกต่างออกไปก็ตาม
  • ค่ารีจิสเตอร์ที่ไม่ได้ปรับขนาด: จำนวนเต็มดิบที่ไม่มีตัวประกอบสเกลที่ถูกต้องจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าหรือการอ่านค่ากำลังที่ดูเป็นไปได้แต่จะผิดตามลำดับความสำคัญ
  • สายเคเบิลยาวทำงานโดยไม่มีรีพีทเตอร์: คุณภาพของสัญญาณ RS485 ลดลงจากระยะทางที่ผู้ขายกำหนดโดยทั่วไป ตัวทวนจะคืนเวลาที่เชื่อถือได้
  • ช่วงเวลาการลงคะแนนที่ทับซ้อนกัน: การโพลมากเกินไปบนบัสขนาดใหญ่อาจทำให้แบนด์วิธตอบสนองช้ากว่า

รายการตรวจสอบการปรับใช้ก่อนเริ่มใช้งานจริง

ตรวจสอบบันทึกที่อยู่แล้ว ลงทะเบียนเอกสารแผนที่ ติดตั้งตัวต้านทานปลายสายแล้ว การทดสอบการแช่เสร็จสมบูรณ์ แท็กอัปสตรีมแมปแล้ว

การปฏิบัติต่อรายการตรวจสอบนี้เป็นเอกสารลงนามอย่างเป็นทางการ แทนที่จะเป็นนิสัยที่ไม่เป็นทางการ เป็นสิ่งที่แยกโครงการทดสอบเดินเครื่องที่เสร็จสิ้นตามกำหนดเวลาออกจากโครงการที่เปิดตู้เดินสายไฟเดิมอีกครั้งสามครั้ง

คำถามที่พบบ่อย

คำถามที่ 1: Modbus RTU และ Modbus TCP ในบริบทการตรวจสอบพลังงานแตกต่างกันอย่างไร

Modbus RTU ทำงานบนบัส RS485 แบบอนุกรมและใช้งานได้ทั่วไปในระดับมิเตอร์ ในขณะที่ Modbus TCP ทำงานบนอีเธอร์เน็ต และโดยทั่วไปจะใช้ระหว่างเกตเวย์และระบบอัปสตรีม เกตเวย์ทำการแปลงระหว่างทั้งสอง

คำถามที่ 2: รถบัส RS485 หนึ่งคันสามารถแชร์บัส RS485 ได้จริงกี่เมตร

ข้อมูลจำเพาะมักจะอนุญาตให้มีอุปกรณ์ได้สูงสุด 32 เครื่องต่อเซกเมนต์โดยไม่ต้องใช้รีพีทเตอร์ แต่ความน่าเชื่อถือในทางปฏิบัติที่ความถี่โพลที่ยาวกว่ามักจะได้รับการดูแลที่ดีกว่าเมื่อมีอุปกรณ์น้อยลงต่อเซกเมนต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่อุตสาหกรรมที่มีเสียงดัง

คำถามที่ 3: เหตุใดเครื่องวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้าจึงต้องมีโปรไฟล์ข้อมูลที่แตกต่างจากเครื่องวัดพลังงานมาตรฐาน

เครื่องวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้าจะบันทึกเหตุการณ์ชั่วคราวที่รวดเร็วและเนื้อหาฮาร์มอนิกที่ต้องใช้อัตราการสุ่มตัวอย่างที่สูงขึ้น ดังนั้นชุดการลงทะเบียนและความถี่การรายงานจึงมีโครงสร้างที่แตกต่างจากมิเตอร์ที่เน้นเฉพาะพลังงานสะสมเท่านั้น

คำถามที่ 4: มิเตอร์จากผู้ผลิตหลายรายสามารถอยู่ร่วมกันบนเครือข่าย Modbus เดียวกันได้หรือไม่

ใช่ ตราบใดที่การกำหนดแอดเดรส อัตรารับส่งข้อมูล และการตั้งค่าพาริตีสอดคล้องกัน และแผนผังการลงทะเบียนของอุปกรณ์แต่ละเครื่องได้รับการจัดทำเป็นเอกสารแยกกัน เนื่องจากเค้าโครงการลงทะเบียนไม่ได้มาตรฐานสำหรับผู้ผลิต

คำถามที่ 5: อะไรคือสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดที่เกตเวย์ที่ได้รับมอบหมายใหม่แสดงช่องว่างข้อมูลเป็นระยะๆ

ในรายงานภาคสนามส่วนใหญ่ การเดินสาย RS485 แบบเดซี่เชนที่ไม่มีการยุติหรือไม่ถูกต้องเป็นสาเหตุหลัก ตามมาด้วยช่วงเวลาการโพลที่ตั้งค่าไว้มากเกินไปสำหรับจำนวนอุปกรณ์บนบัส

Acrel Co., Ltd.