2018/08 機械工業雜誌-Modbus無線路由器研製與室內空氣品質遠端監測應用

機械工業雜誌 ─ Modbus無線路由器研製與室內空氣品質遠端監測應用

機械工業雜誌 ─ Modbus無線路由器研製與室內空氣品質遠端監測應用

摘要

工業4.0 物聯網(IoT) 蓬勃發展,近年來利用無線傳輸技術開發出的產品也越來越多。
本研究由宇田控制協同工研院機械所 工業物聯網技術組臺灣科大 自動化及控制研究所開發一個Modbus 路由器,透過RS-485 可擷取和寫入多個RTU 通訊設備資料,並結合Wi-Fi 模組以加入無線傳輸功能,實現具讀值與寫入雙向功能之Modbus 無線路由器。此無線路由器經由RS-485 傳收多台空氣品質感測器量測資料如溫度、濕度、二氧化碳、一氧化碳等感測資料,並於遠端或近端人機介面顯示室內空氣品質監視器所量測的感測值。此外也可以人機介面改寫顯示器或儀表等的顯示數據,提供更多工業4.0相關應用,除了能排除佈線困擾,也能落實物聯網概念。

Modbus 無線路由器測試環境架構圖 

《上圖 : Modbus 無線路由器測試環境架構圖》

許多工業使用Modbus RTU 感測裝置,都必須透過有線的方式去讀取資料到後端應用層,必造成許多佈線上的困擾。
故本研究為開發Modbus 無線路由器傳輸技術,其主要功能為收集多支感測層RTU Slave 的感測器資料,無線通訊方式選擇使用Wi-Fi 無線傳收感測資訊,並開發C# 人機介面。使用者透過人機介面可以方便地去配置Modbus 無線路由器內部參數的Modbus 暫存器值,也可以透過Wi-Fi 無線傳輸的方式去讀取Modbus 無線路由器內部儲存的感測器資料。通訊協定部份感測層為Modbus RTU,網路層為Modbus TCP。經實驗證明使用者端能從人機介面收到正確的感測資訊,通訊協定也符合工業控制領域通訊協定標準,以下歸納出結論:

(1)Modbus 無線路由器具有Modbus RTU 通訊,可透過RS-485 讀取或寫入Slave 端裝置( 如感測器) 的Modbus 暫存器的資料,內部規劃最多可以保留16 支RS-485 感測器資訊的儲存空間。
(2)Modbus 無線路由器能夠經網路接收Client 端人機介面傳送的Modbus TCP Request 封包,且經Modbus TCP 通訊協定無線傳送內部暫存器感測資料給Client 端人機介面使用。
(3)Modbus 無線路由器能夠正確的依人機端配置的Config Data,與RS-485 裝置建立連線,並且透過Wi-Fi 無線傳輸出Modbus TCP 封包供人機介面使用。
(4) 經以室內空氣品質監測器實驗,證明終端裝置可透過外部網域,以遠端方式連線Modbus 無線路及執行與RS-485 裝置之連線及遠端監控工作,並可做未來之大數據分析與應用。

本研究已發行並收錄於本期機械工業雜誌,完整文章請點此下載