Mittaustiedon monipuolistaminen Modbus-väylällä

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on esitellä Modbus-kommunikointiprokolla ja mitä sen käytöllä voidaan saavuttaa. Modbus-kommunikointi pohjautuu master–slave-kommunikointiin. Kommunikointi tapahtuu Modbus-viesteillä, jotka ovat binäärisessä muodossa. Viestit ovat kooltaan muutamasta tavusta satoihin. Viesti on jaettu eri osiin, kuten osoite, funktiokoodi ja data. Masterin käskyt ovat usein datan kirjoittamista tai lukemista laitteilta. Master-laite lähettää ohjelmasta saamansa komennot sla-veille. Slave toteuttaa masterin komentoja ja kommunikoi takaisin masterille.

Opinnäytetyön toimeksiantajana toimi kokkolalainen Freeport Cobalt Oy. Freeport Cobalt on kemian alan tehdas, joka keskittyy koboltin jalostamiseen. Freeport Cobalt halusi korvata vanhat analogiset virtausmittarit uusilla Modbussia käyttävillä mittareilla. Vanhoilla mittareilla pystyttiin vain säätämään virtauksen arvoa ja mittaamaan sitä. Modbus-mittareita voitaisiin ohjata laajemmin ja mittaustietoja voitaisiin tuoda useita. Mittareita tultaisiin käyttämään laboratoriossa, jossa voitaisiin saada suuri hyöty monipuolisemmasta mittaustiedosta.

Opinnäytetyö alkaa teoriaosuudella. Teoriaosuudessa selitetään Modbus-kommunikoinnin perusteet ja esitellään yleisimmät Modbus-protokollat ja niiden ominaisuudet. Sen lisäksi esitellään myös standar-dit, jotka määrittelevät Modbus-laitteiden yhdistämisen toisiinsa. Lopuksi esitellään käytännön toteutuksessa käytetyt laitteet ja ohjelmistot.

Käytännön osuudessa esitellään vaiheittain projektin eteneminen. Pienen skaalan testausvaiheesta edetään käytännön toteutukseen tehtaalla. Esitellään laitteiston konfigurointi, ohjelma ja sen teko ja graafisten käyttöpaneelien luonti. Tuodaan esille testaamisessa kohdattuja ongelmia ja miten ne ratkaistiin.

Viimeistelty projekti oli toimiva kokonaisuus. Laboratoriossa työskentelevät kemistit saivat merkittävää hyötyä laajemmasta mittaustiedosta. Myös laajemmat mittarien ohjausmahdollisuudet helpottivat laboratoriotyöskentelyä.

This thesis is about Modbus, which is a communication protocol used for connecting automation devices based on Master–slave communication. The aim of this thesis was to find out what are the benefits of replacing analog flow meters with Modbus flow meters, since old analogue flow meters could only measure the flow value of liquids and only allowed controlling of the liquid flow value. The new flow meter s would allow better controlling of the device and allow measurement of additional varia- bles. The implementation part of this thesis was done for Freeport Cobalt Oy, which is a chemical factory located in Kokkola, and it included device configuration, programming, graphical designing, and testing.

The thesis starts with theory explaining how Modbus communication works and what are the main differences between different Modbus communication protocols. Modbus communication is done with Modbus messages, which are in binary form. Messages contain different parts like address, function code, and data. The Master device receives commands from the program and sends them to the slave devices. Usually the master wants to read or write data. The slave devices execute commands and respond to the master with information. This section also includes an explanation of the different physical connection interfaces and introduces the hardware used in the implementation.

The following part of the thesis tells about the actual implementation, starting from the testing phase and leading up to the final execution of the project at the factory. The programming of the project and the graphical designing are also explained.

The final application worked the way Freeport Cobalt wanted to and the additional measurement data proved to be beneficial for the laboratory staff. Better controlling of the flow meters compared to the old ones made working with the flow meters easier and more effective.