Az RS485 interfészen kommunikáló Modbus-eszközök széles körben jelen vannak a hűtőgépek hőmérséklet-szabályozóiban, az ipari és mezőgazdasági szenzorokban, valamint az okosmérőkben. Ezek a készülékek értékes mérési és üzemi adatokat szolgáltatnak, amelyek azonban sok esetben csak helyben érhetők el. Az üzemeltetők és a berendezésgyártók részéről egyre nagyobb igény mutatkozik arra, hogy a meglévő eszközök távolról is felügyelhetők legyenek, adataik közös felületen jelenjenek meg, és a támogatott vezérlők egyes beállításait helyszíni kiszállás nélkül is módosítani lehessen. Mindezt lehetőleg a bevált készülékek cseréje és új kommunikációs kábelhálózat kiépítése nélkül szeretnék megvalósítani.
Erre kínál megoldást az Endrich négy Modbus-illesztője, amelyek vezeték nélküli adatkapcsolattal egészítik ki a meglévő berendezéseket. A szenzor, az okosmérő vagy a hőmérséklet-szabályozó rövid RS485-vezetékkel csatlakozik az illesztőhöz, az adatok innen már közvetlenül mobilhálózaton, vagy egy helyi NeoMesh-hálózat és közös átjáró közvetítésével jutnak el az E-Cloudba. A támogatott vezérlőknél a kapcsolat kétirányú: például egy hűtőgép hőmérsékletének és üzemi állapotának követése mellett a kívánt hőmérséklet is beállítható a felhőből. A DIN-sínre szerelhető és az önálló, kompakt adatlogger-kivitel egyaránt elérhető mobilhálózati és NeoMesh-változatban, így a megfelelő megoldás a telepítés helyéhez és a felügyelt berendezések elrendezéséhez igazítható.
A meglévő berendezésben már ott vannak az adatok
Egy üzlet hűtőpultjánál a hőmérséklet kijelzése természetes. Az üzemeltetőt azonban az is érdekli, mi történt éjszaka, jelentkezett-e riasztás, vagy hogyan alakult az energiafogyasztás. Több üzlet esetén mindezt jó lenne egy helyről áttekinteni, anélkül, hogy minden egyes ellenőrzéshez ki kellene menni a helyszínre.
Sok ilyen feladathoz a meglévő elektronika adatait is felhasználhatjuk. A hűtőgép szabályozója például a mért hőmérséklet mellett a beállított célértéket és az üzemi állapotokat is elérhetővé teheti. A fogyasztásmérőből feszültség-, áram-, teljesítmény- és energiaadatok olvashatók ki. Hogy pontosan mihez férünk hozzá, azt az adott készülék határozza meg.
Ezeknek az eszközöknek gyakori közös kapcsolódási pontja az RS485 interfész és a rajta használt Modbus protokoll. Egyszerűen fogalmazva az RS485 biztosítja a vezetékes összeköttetést, a Modbus pedig meghatározza az adatok kiolvasásának és a támogatott paraméterek írásának módját. A mérési értékek és beállítások úgynevezett regiszterekben érhetők el; az illesztő tudja, melyiket kell kiolvasnia, hogyan kell értelmeznie a választ, és szükség esetén melyik írható regiszteren keresztül módosíthat egy beállítást.
A felhőkapcsolat kialakításához így gyakran megtartható a meglévő szenzor, mérő vagy szabályozó. A mellé telepített Endrich eszköz átveszi az adatok kiolvasását és továbbítását. Ez különösen vonzó lehet utólagos korszerűsítésnél, amikor egy jól működő berendezést szeretnénk távolról is felügyelni.
A különbség a mindennapi használatban válik igazán érzékelhetővé. A helyi kijelző egy pillanatnyi állapotot mutat, a rendszeresen gyűjtött adatsor viszont megmutathatja, hogyan változik a működés egy nap vagy egy hét során. Ha egy hűtőberendezés egyre több energiával tartja ugyanazt a hőmérsékletet, az már indokolhat egy ellenőrzést. Az adatok önmagukban nem mondják meg a hiba okát, de segíthetnek eldönteni, melyik készülékkel érdemes először foglalkozni.
Két kivitel és két út a felhőig
A négy termék közötti választás két gyakorlati kérdésre vezethető vissza. Először azt érdemes eldönteni, hová kerül az elektronika. Ha egy villamos elosztóban vagy vezérlőszekrényben, a mérők és más készülékek mellett kap helyet, kézenfekvő a DIN-sínes kivitel. Ha közvetlenül a felügyelt berendezés közelében kell elhelyezni, az önálló, kompakt adatlogger lehet megfelelő.
A második kérdés az adatok útja. A mobilhálózati változat saját kapcsolaton keresztül éri el az E-Cloudot. A NeoMesh-változat először egy helyi rádiós hálózatba továbbítja az adatokat, és a felhő elérését egy közös átjáró biztosítja. A két döntés egymástól független: a DIN-sínes kialakítás önmagában nem jelenti azt, hogy mesh-hálózatot kell használnunk, és az önálló adatlogger sem feltétlenül mobilhálózaton kommunikál.
Mindkét kommunikációs út lehetővé teszi az ügyfél informatikai hálózatától független adatgyűjtést, ha a NeoMesh-rendszer felhőkapcsolatát mobilhálózati átjáró biztosítja. Ez a gyakorlatban sok egyeztetést egyszerűsíthet: a berendezés szállítójának nem kell minden telephelyen külön Wi-Fi-hozzáférést kérnie. A helyi tápellátást és a megfelelő rádiós kapcsolatot természetesen mindkét esetben meg kell oldani.
Mobilhálózati eszköz DIN sínre
Egy különálló telephely fogyasztásmérője vagy egy távoli gép vezérlőszekrénye jó példa a közvetlen mobilhálózati kapcsolat alkalmazására. A Modbus-adatok a szekrényben elhelyezett DIN-sínes eszközhöz kerülnek, amely továbbítja őket az E-Cloud felé. Ehhez nem kell helyi NeoMesh-hálózatot kiépíteni.
Ez a megoldás akkor lehet célszerű, ha egyetlen mérési helyet vagy egy kisebb, helyi RS485-buszon elérhető eszközcsoportot szeretnénk bekapcsolni a távfelügyeletbe. A szerelési környezet rendezett marad, az adatgyűjtő pedig a többi villamos készülék mellett kap helyet. A felhőkapcsolathoz nincs szükség az ügyfél Wi-Fi-hálózatára vagy vezetékes internetelérésére; a telepítés helyén rendelkezésre álló mobilhálózati lefedettséget viszont figyelembe kell venni.
Gondoljunk egy különálló gépházra, ahol a fogyasztásmérő adatait eddig csak időszakosan jegyezték fel. A DIN-sínes mobilhálózati eszközzel ugyanennek a mérőnek az adatai rendszeresen bekerülhetnek a központi rendszerbe. Ha később más, a helyi RS485-buszon elérhető készülék adataira is szükség lesz, azok bevonhatóságát a busz kialakítása, a készülékek és az illesztőszoftver alapján lehet megvizsgálni. A közvetlen kapcsolat tehát nem feltétlenül jelent egyetlen kiolvasott adatforrást.
Modbus és NeoMesh illesztő DIN sínre
Más helyzetet jelent, ha egy épületben több elosztószekrényből vagy egy üzemben több gép mellől szeretnénk adatokat gyűjteni. Ilyenkor érdemes lehet a helyi eszközöket rádiós hálózatba szervezni, és közös felhőkapcsolatot használni.
A DIN-sínes RS485–NeoMesh eszköz a hozzá csatlakozó Modbus-készülékek kijelölt adatait olvassa ki, majd a NeoMesh-hálózaton továbbítja azokat. A felhőkapcsolatot egy külön NeoMesh-átjáró biztosítja, például mobilhálózati adatátvitellel. Így több mérési pont osztozhat ugyanazon az internetkapcsolaton, és nem kell mindegyik mellé külön mobilmodemet telepíteni.
A DIN-sínes csomópont jól illeszkedik okosmérők, ipari vezérlők és hűtőrendszerek kapcsolószekrényeihez. A helyi RS485-vezeték megmarad a mérő vagy szabályozó és az illesztő között, de a távolabbi adatgyűjtőig vezető kommunikáció már rádiós lehet. Ez meglévő épületekben sok szerelési munkát takaríthat meg, különösen akkor, ha új adatkábelek elhelyezése nehézkes.
Egy nagyobb hűtőtechnikai létesítménynél például a fogyasztásmérő az elosztószekrényben, a szabályozó pedig a gép közelében található. Az egyes helyeken a megfelelő kivitelű Modbus–NeoMesh eszköz gyűjtheti az adatokat. A közös rádiós hálózat így különböző szerelési környezeteket kapcsol össze, miközben a felhőben a mérések ugyanahhoz a felügyelt rendszerhez rendelhetők. A DIN-sínes és a kompakt kivitel ezért egyazon telepítésen belül is kiegészítheti egymást.
Önálló mobilhálózati adatlogger
Az önálló mobilhálózati változat azokhoz a berendezésekhez illik, amelyeknél közvetlenül a készülék közelében szeretnénk megoldani az adatgyűjtést. Tipikus példa egy különálló hűtőberendezés, egy távoli Modbus-szenzor vagy egy önálló mérési pont.
A kompakt adatlogger RS485-ön csatlakozik a felügyelt eszközhöz, kiolvassa a szükséges értékeket, és mobilhálózaton küldi tovább őket. A mobilhálózati platform NB-IoT- vagy LTE-M-kommunikációt használhat, szükség esetén 2G-visszaesési lehetőséggel, ahol ezt a kivitel és az elérhető hálózat támogatja. Az alkalmazás szempontjából a lényeg a közvetlen kapcsolat: a berendezés adatainak továbbításához nincs szükség helyi mesh-hálózatra vagy külön helyi mesh-átjáróra.
Ez különösen kézenfekvő lehet földrajzilag szétszórt készülékeknél. Ha a hűtőgépek különböző üzletekben üzemelnek, az egyenkénti mobilhálózati csatlakozás jól követi ezt az elrendezést. Az E-Cloudban ugyanakkor a külön helyszínekről érkező adatok közösen kezelhetők, így a szerviznek nem kell minden berendezés állapotát helyben ellenőriznie.
A készülékgyártó számára ez jól körülhatárolható fejlesztési lehetőség. A már bevált szabályozó és annak helyi működése megtartható, a kommunikáció pedig külön egységként illeszthető hozzá. A távoli adatgyűjtés így az adott berendezéstípushoz kidolgozott kiegészítő szolgáltatássá válhat. A szerviz például kiolvashatja a rendelkezésre álló riasztási és állapotadatokat, mielőtt eldönti, milyen helyszíni ellenőrzésre van szükség.
Önálló Modbus és NeoMesh adatlogger
A kompakt RS485–NeoMesh változatot elsősorban hűtőgépek hőmérséklet-szabályozóinak költséghatékony illesztésére fejlesztették. Kis mérete miatt a vezérlőelektronika közelében is elhelyezhető, feladata pedig a szükséges Modbus-adatok továbbítása a helyi vezeték nélküli hálózatba.
Egy több hűtőpulttal működő üzletben például az egyes szabályozók saját illesztőn keresztül csatlakozhatnak a NeoMesh-hálózathoz. A hálózat felől egy közös átjáró továbbítja az adatokat az E-Cloudba. Ugyanebbe a helyi rendszerbe további E-IoT érzékelőcsomópontok is bevonhatók, így a vezérlőkből kiolvasott információk más mérésekkel is kiegészíthetők.
A NeoMesh önszerveződő hálózata megkönnyíti a helyi rádiós kapcsolatok kialakítását. Az egyes csomópontok külön címezhetők, és a kommunikáció kétirányú. A kompakt illesztő más Modbus-készülékekkel is használható, de a megfelelő változat kiválasztásánál a szerelési helyet és az adott alkalmazás igényeit is mérlegelni kell. Egy villamos elosztóban például továbbra is a DIN-sínes kialakítás lehet praktikusabb.
A helyi hálózat és az internetkapcsolat feladatát itt érdemes világosan elválasztani. A Modbus–NeoMesh adatlogger a berendezést kapcsolja a rádiós hálózathoz; a felhő elérése az átjáró feladata. A leírt rendszerben ez lehet önálló mobilhálózati NeoMesh-átjáró, vagy megfelelő háttérrendszerhez csatlakozó USB-s NeoMesh-átjáró is. Egy USB-s eszköz önmagában még nem biztosít internetelérést, ezért a választásnál a hozzá kapcsolódó számítógépet és annak adatkapcsolatát is figyelembe kell venni.
A szoftver teszi teljessé az illesztést
A közös Modbus-interfész nem jelenti azt, hogy minden készülék azonos módon adja át az adatait. Más címen lehet a hőmérséklet az egyik szabályozóban, mint a másikban, és az értékek formátuma vagy léptéke is eltérhet. Az Endrich ezért az adott készülék regisztertérképéhez és a feladathoz igazítja a firmware-t. Ebben dől el, milyen adatokat olvasunk ki, milyen gyakran, és milyen formában továbbítjuk őket a felhőnek. Ugyanitt határozzuk meg azt is, hogy a távolról állítható paramétereket milyen Modbus-írási műveletekkel módosítja az illesztő.
A négy megoldást ezért érdemes hardver és alkalmazáshoz igazított szoftver egységeként kezelni. Egy új vezérlőtípus bekapcsolásához szükség van annak kommunikációs dokumentációjára. Az előkészített illesztés viszont lehetővé teszi, hogy az üzemeltető már érthető hőmérsékleti, fogyasztási vagy állapotadatokat lásson a nyers regiszterértékek helyett.
Az illesztés során az is eldönthető, mely adatoknak van valódi jelentőségük az üzemeltetésben. Egy szabályozó sok regisztert kínálhat, de a napi felügyelethez gyakran csak néhány mérési érték, az alapjel és a fontosabb állapotjelzések szükségesek. Az alkalmazáshoz igazított adatgyűjtés áttekinthetőbb felhőoldali megjelenítést tesz lehetővé, és elkerülhető vele a felesleges adatok rendszeres továbbítása. A lekérdezési és továbbítási gyakoriságot szintén a feladathoz érdemes igazítani.
A felhőből a berendezés beállításai is módosíthatók
A bemutatott alkalmazásokban a szenzorokat és az okosmérőket adatforrásként használjuk, a többi csatlakoztatott készüléknél azonban a Modbus-kapcsolat kétirányú is lehet. Egy hűtőgép hőmérséklet-szabályozójából például nemcsak kiolvashatjuk az aktuális értékeket, hanem az E-Cloudból módosíthatjuk a kívánt hőmérsékletet vagy más, távoli állításra engedélyezett paramétert is. Ennek feltétele, hogy az adott készülék támogassa a megfelelő regiszterek írását, és az illesztőszoftver is kezelje ezt a funkciót.
Ez a lehetőség mindkét kommunikációs útnál és mindkét kivitelben rendelkezésre állhat. A mobilhálózati eszköznél a beállítás az E-Cloudból közvetlenül az illesztőhöz jut, a NeoMesh-változatnál pedig a közös átjárón és a helyi rádiós hálózaton keresztül éri el a címzett csomópontot. Az illesztő ezután RS485-ön, Modbus-paranccsal írja be az új értéket a csatlakoztatott vezérlőbe. Egy megfelelően kialakított alkalmazásban így bizonyos beállítások módosításához nincs szükség helyszíni kiszállásra.
Egy hűtőgép esetében például külön kell eldönteni, mely paraméterek módosíthatók távolról, és melyek maradjanak kizárólag helyi szervizfunkciók. A felhőkapcsolat a felügyelet és a megengedett beavatkozások eszköze; a berendezés helyi szabályozásának szerepét ettől függetlenül meg kell őrizni. Így a távoli elérés a meglévő működéshez illeszkedő szolgáltatásként használható.
A telepítés egésze dönti el a választást
A gazdaságos megoldás kiválasztásakor az eszközár mellett a szerelési munkát, az adatkapcsolatot és a későbbi bővítést is érdemes számításba venni. Egy elszigetelt berendezésnél a közvetlen mobilhálózati adatlogger egyszerű telepítése lehet döntő. Több, egymás közelében működő készüléknél a közös NeoMesh-átjáró csökkentheti a szükséges mobilhálózati kapcsolatok számát. A tényleges előny az elrendezéstől, a rádiós környezettől és az üzemeltetési feltételektől függ.
Egyetlen távoli mérési pontnál a külön mesh-átjáró telepítése többleteszközt jelentene, ezért ott érdemes először a közvetlen mobilhálózati változatot megvizsgálni. Egy üzlet több hűtőpultjánál viszont a helyi NeoMesh-kapcsolat és a közös felhőátjáró lehet kedvezőbb. A modemek és adatkapcsolatok számán túl az is számít, hová szerelhető az átjáró, hogyan biztosítható a rádiós összeköttetés, és várható-e később újabb berendezések csatlakoztatása.
A gyártó számára az illesztés lehetőséget ad arra, hogy meglévő Modbus-képes berendezését felhőszolgáltatással egészítse ki. A rendszerintegrátor a helyszínhez választhat kivitelt és kommunikációs utat. Az üzemeltető pedig hozzáférhet azokhoz az információkhoz, amelyek korábban csak a készülék kijelzőjén vagy a helyi vezérlőben voltak elérhetők. A támogatott vezérlőknél ehhez a kijelölt paraméterek távoli beállításának lehetősége is társul.
Az üzemeltetési megtakarítás több kisebb tételből állhat össze. Csökkenhet a pusztán adatleolvasás miatt szükséges helyszíni ellenőrzések száma, és a szerviz felkészültebben érkezhet a berendezéshez. A fogyasztási adatok összehasonlítása segíthet kijelölni a további vizsgálatok helyét. Ezek mértéke mindig az adott
üzemtől és a felhasznált adatoktól függ; a termékválasztásnál ezért a beszerzési ár mellett a teljes használati folyamatot célszerű átgondolni.
Egy hűtőrendszernél ennek kézzelfogható eredménye, hogy a hőmérsékleti adatok az energiafogyasztással és az üzemi állapotokkal együtt vizsgálhatók. A szerviz már a kiszállás előtt tájékozódhat, az üzemeltető pedig könnyebben észreveheti a szokatlan működést. A négy Endrich megoldás ehhez kínál különböző telepítési lehetőségeket, a meglévő berendezések Modbus-adatainak felhasználásával.
Okosmérők adatai a kapcsolószekrénytől a felhőig
Az első ábra két olyan telepítést állít egymás mellé, amelyekben a kiindulópont ugyanaz: egy RS485/Modbus interfésszel rendelkező okosmérő. A mellé, ugyanarra a DIN-sínre szerelt Endrich eszköz rövid vezetékes kapcsolaton olvassa ki a mérő adatait. A különbség ott kezdődik, hogyan jutnak tovább ezek az információk az E-Cloudba.
A bal oldali változat saját mobilhálózati kapcsolattal rendelkezik, ezért egy különálló mérési hely önállóan is bekapcsolható a felhőalapú adatgyűjtésbe. A jobb oldalon az RS485–NeoMesh illesztők helyi rádiós hálózatot alkotnak. Az adatok más csomópontokon keresztül is haladhatnak, majd a közös E-IoT-átjáró továbbítja őket a felhőbe. A ragyogó kék összeköttetések ezt a rádiós adatútvonalat szemléltetik; a mérő és a mellette lévő illesztő között mindkét esetben megmarad az RS485-kábel.
Egy távoli gépháznál az önálló mobilkapcsolat lehet kézenfekvő, több közeli kapcsolószekrénynél pedig a közös átjáró használata lehet előnyös. A bemutatott okosmérős feladat adatkiolvasásra épül: célja a fogyasztás és a rendelkezésre álló villamos jellemzők központi követése.
Hűtőgépek felügyelete és beállítása egy okosboltban
A második ábra a bolti hűtőszekrények példáján mutatja be az önálló, kompakt illesztőket. Az adatforrás itt a hűtőgép meglévő hőmérséklet-szabályozója. Az Endrich egység az RS485/Modbus kapcsolaton keresztül olvassa ki a hőmérsékletet és a szabályozó által elérhetővé tett állapotadatokat. A nagyított készülékképek segítenek megkülönböztetni a mobilhálózati és a NeoMesh-változatot.
A bal oldali berendezés saját mobilhálózati adatloggerrel éri el az E-Cloudot. A jobb oldalon több hűtőszekrény külön-külön RS485–NeoMesh illesztőt kap, és ezek egy közös átjárón keresztül kommunikálnak a felhővel. Ez utóbbi elrendezés egy üzleten belül több hűtőpult adatait foghatja össze, míg az önálló mobilhálózati megoldás különböző helyszíneken üzemelő készülékeknél is használható.
A kék és narancsszínű jelölések a kétirányú működést hangsúlyozzák: a mért értékek a felhő felé haladnak, a megengedett beállítások pedig onnan érkezhetnek vissza. Például a kívánt hőmérséklet módosítása az illesztőn keresztül, Modbus-regiszterírással jut el a szabályozóhoz. A ténylegesen állítható paramétereket a vezérlő és az illesztőszoftver képességei határozzák meg. A hűtőgép helyi szabályozását továbbra is a saját vezérlője végzi.
Mezőgazdasági mérések egy közös NeoMesh-hálózatban
A harmadik ábra azt szemlélteti, hogy ugyanaz az önálló RS485–NeoMesh illesztő többféle mezőgazdasági mérési feladatot is kiszolgálhat. A talajnedvesség-érzékelő, a talajvízszintmérő, a folyó szintmérője és a tartály szintmérője egyaránt Modbus-adatforrás. Mindegyik szenzor a saját helyi illesztőjéhez csatlakozik vezetékkel, az illesztők pedig egy közös rádiós hálózat tagjai.
A három vízszintmérési pontnál merülő, Modbus-interfészes szonda dolgozik. A talajvíz mérésénél a szonda a megfigyelőkút vizébe merül, a folyónál a vízfelszín alatt helyezkedik el, a tartálynál pedig a tárolt folyadékba lógatva végzi a mérést. A metszeti ábrázolás a víz alatti érzékelőt és a felszíni elektronika felé vezető kábelt teszi láthatóvá. A rádiós egységek a felszínen, megfelelő védőházban kapnak helyet; a víz alól nem közvetlen rádiós adatátvitel történik.
A kék hálózati összeköttetések a csomópontok közötti NeoMesh-kommunikációt jelzik. Az adatokat egy közös E-IoT-átjáró juttatja az E-Cloudba, ahol a különböző mérési helyek adatsorai együtt követhetők. Így a talaj nedvességi állapota mellett a rendelkezésre álló vízkészlet változása is áttekinthető. A helyszíni kialakításnál a szenzorok és illesztők tápellátását, környezeti védelmét és a rádiós kapcsolatok elhelyezését is meg kell oldani.
Kiss Zoltán, Chief Development Officer- Endrich Group – Endrich R&D Hungary Kft.
