MODBUS PROTOKOLÜ ÜZERİNDEN KABLOLU VE KABLOSUZ ENERJİ İZLEME SİSTEMİ

Transkript

1 MODBUS PROTOKOLÜ ÜZERİNDEN KABLOLU VE KABLOSUZ ENERJİ İZLEME SİSTEMİ

2 Networkunda çalışan izleme sistemi PC Eth, TCP/IP Cihaz 1, Cihaz 2, Şekil-1 U 200 Şekil-1 deki örnek konfigürasyonda standart endüstriyel haberleşme yöntemi kullanılmaktadır. Cihazların yapısal özelliklerine göre bu tür ölçüm cihazları RS232,, TCP/IP gibi çok kullanılan yöntemlerle haberleşebilirler. Mevcut sistemde kullanılan ölçüm cihazları da ile seri olarak haberleşmektedirler. seri haberleşme, 2 telli bağlantı ile 1km ye kadar veri iletimi yapabilen bir haberleşme yöntemidir. Ayrıca cihazları arka arkaya bağlama mümkündür. Cihazdan veri okunacağı zaman cihazın içerisinde önceden ayarlanmış olan cihaz adresine sorgu gönderilerek haberleşme yapılır. Sistemde kullanılan cihazlar yöntemi ile haberleşirken MODBUS RTU protokolünü kullanırlar. Modbus protokolü data iletiminde kendine özgü hata kontrol algoritmaları sebebi ile günümüzde endüstriyel cihazlarda en çok kullanılan protokoldür. Modbus iki farklı sistemde çalışır. ASCII mod ve RTU mod. ASCII mod her karekter bir byte dır. Örneğin sayısını ASCII mod da göndermek için 1, 2, 3, 4, 5 şeklinde 5 byte lık bilgi gönderilmelidir. Bu bilginin başında ve sonunda modbus protokolünün gereği olan diğer bilgilerde eklendiğinde bu bilgi için 14 byte bilgi gönderilmesi gerekir. Rtu mod ise byte yarım yarım kullanır ve iki kat daha fazla veriyi veya aynı veriyi iki kat daha hızlı taşır. Örneğin sayısını Rtu mod ile taşımak için bu sayıyı 2 byte olarak hesaplanır. Formül 1.byte = / byte= (1.byte x 256). Bu formüle göre 1.byte = 48 2.byte = 57 dir. Bilgiyi alan cihazdaki sonuç ise=(1.byte x 256) +2.byte = (48x256)+57 = dir. Gönderilmek istenen string büyüdükçe rtu nun avantajıda artmaktadır. Hiçbir dezavantajı bulunmadığından birçok uygulamada RTU tercih edilmektedir.

3 Modbus sistemde, sistem bir master ve isteğe bağlı bir veya daha çok slave modülden oluşur. Master, slave modüllere sorgu gönderir ve sorguyu alan modüllerden adresi uyan(sadece bir modüldür) modül sorgunun gereği olan işi yapar ve cevabı master a gönderir. Master sırayla tüm slave modülleri tarar ve benzer operasyonlar yürütür. Örnek bir string oluşturalım. 10 adet slave ve bir masterdan oluşan networkümüz olduğunu varsayalım. İlk olarak register adresleri hakkında bilgi verelim. Her slave cihaz masterin sorgusuna karşı eylem gerçekleştireceği hafıza alanına sahiptir. Örneğin elektrik sayacımız register adresinde anlık akım, adresinde anlık güç, adresinde toplam güç olsun. Master bu cihaza erişip registerindeki bilgiyi gönder diyecek cihazda bunu gönderecektir, başka bir sorguda farklı bir register den bilgi okumak isteyebilir veya yazmak isteyebilir. Tüm bunları örneğimizde anlatacağız. Master bilgi okumak için oluşturulan string: Slave cihaz adresi byte Her cihazın farklı bir adresi vardır ve master ın adresi olmaz. Fonksiyon kodu..03 Bilgi okumak için 03. Sonraki bölümlerde daha fazla bilgi bulabilirsiniz. Register başlangıç adresi byte (Register adresi ofset = 0) Okunacak register sayısı byte Crc 16..FA4E 2.byte Gönderilen tüm datalar belli bir formülden geçirilir ve sonucu string e eklenir. Slave cihaz aldığı string i aynı formülden geçirir ve sonuç aynı olursa bilgiyi işler, aksi taktirde işlemez.böylece hatalı bilgi gönderilmesinin önüne geçilmiş olur. Teorik olarak %100 olmasada pratikte %100 etkilidir. Yukarıdaki sorguyu alan adresi 1 olan cihaz aşağıdaki cevabı verecektir. Networkteki diğer cihazlar ise bekleyecektir. Slave in gönderdiği cevap: Slave cihaz adresi.01 1 byte Fonksiyon kodu.03 1 byte Gönderdiği byte sayısı byte Data byte ilk byte yüksek değerli 2.byte düşük değerli sonuç = (1.byte x 256) + 2.byte Crc B844 En çok kullanılan fonksiyon kodları: 3 = bilgileri okuma 6 = 1 registers(word) bilgi yazma. Master Slave yazıyor. 16 = 1 den fazla registers(word) bilgi yazma. Master Slave yazıyor. Genelde tüm cihazlar bu kodları destekler ancak fonksiyon kodları aslında daha çoktur. Fakat çok gerekli olmadığından bir çok cihaz bunları desteklemez. Enerji izleme sisteminde de yukarıda anlatılan modbus protokolü ile cihazlara sıra ile ölçüm sonuçları sorulmaktadır. Öncelikle birinci ölçüm cihazına gerilim, akım, güç ve enerji registerlerindeki değerler sorularak bunlar bilgisayar ekranına yansıtılır, ardından ikinci cihaza register değerleri sorulur ve ekrana yansıtılır. Bu işlem arka arkaya bilgisayar programı açık kaldığı sürece hiç durmadan tekrarlanır. Ayrıca ekrana yansıtılan değerler bilgisayardaki veri tabanına öngörülen süre aralıkları ile sürekli kayıt edilerek daha sonra geriye dönük rapor alınmasına imkan verilir.

4 Şekil-1 Enerji izleme sisteminde wifi teknolojisinin kullanılma nedeni; normal şartlarda bilgisayarla enerji meter cihazlar arasında kablo ile yapılan bağlantının çok uzak mesafelerden izlem imkanı vermemesidir. Eğer wifi kullanılmasaydı sistem konfigürasyonu aşağıdaki gibi olacaktı. Eth, TCP/IP U 200 Şekil-2

5 Ancak yukarıdaki şekilde Ethernet kablosu ile cihazlara yapılacak bağlantı mesafesi, ağ teknolojisinin izin verdiği max 100 metre mesafe olacaktır. Ya da serial device ile bilgisayar arasında, internete erişim için başka aktif network cihazları olması gerekecektir. Aşağıda şehirler arası veya ülkeler arasında veri iletişimi için yapılması gereken bağlantı şekli gösterilmektedir. Bu bağlantı şekli teoride kolay ve avantajlı görünmesine rağmen yapılması gereken çok fazla ayar vardır. Öncelikle serial cihazın internete çıkabilmesi gerekmektedir. Daha sonra Serial device i internete çıkaran cihazda (ADSL modem, Kablo modem, GPRS vs ) port yönlendirmesi yapılmalıdır. Ayrıca serial device tarafında internet bağlantısı için Türk Telekom dan statik IP alınmalıdır. Bu statik IP bilgisayar tarafında programa girilmelidir. Çünkü internete çıkan cihazlar birbirini IP numaraları ile bulmaktadırlar. Eğer bilgisayar programı sorgu için serial device yi bulamazsa hiçbir veri gelmeyeceğinden izleme işlemi gerçekleşmeyecektir. Ethernet, TCP/IP Şekil-3 Ethernet, TCP/IP U 200 Şimdi tekrar şekil-1 de gösterilen mevcut yapıya gelirsek; bu yapı sayesinde izleme yaptığımız bilgisayar ile ölçüm yapan cihazlar arasında herhangi bir kablo bağlantısı yapmadan wifi radyo dalgalarının ulaşabildiği mesafeye kadar izleme yapılabilir. Kablolu bağlantıya göre hem ergonomik hem de mesafesi artmış bir yapı oluşmuş olur. Mevcut Kablosuz Access point cihazın teoride mesafesi çok daha fazla olmasına rağmen pratikte haberleşme mesafesi 1km dir. Bu mesafe araya duvar veya başka engeller girdikçe azalır.

6 Burada dikkat edilmesi gereken başka bir husus haberleşme çift yönlü olduğundan bilgisayarın sinyallerinin de kablosuz vericiye ulaşması gerektiğidir. Dolayısı ile 1 km mesafede kablosuz vericinin sinyalleri bilgisayara ulaşsa bile bilgisayar sinyalleri kablosuz vericiye ulaşamayacaktır. Ancak aşağıdaki şekil-4 te gibi bir konfigürasyonda mesafe 1 km üzerine rahatlıkla çıkabilir. PC Networkunda çalışan izleme sistemi Eth, TCP/IP Mesafe > 1km Şekil-4 ETHERNET (UTP CAT6) CESS POINT U 200 Mesafenin başka cihazlarla kablosuz olarak şekil-4 teki konfigürasyonda 1 km üzerine çıkması da mümkündür. Kuş bakışı görüş açık ise mesafe kablosuz cihazlarla 50 km ye kadar rahatlıkla çıkabilir. Ancak buradaki kablosuz cihazın tercih edilmesinde 2 unsur etkili olmuştur. Birincisi maliyet olarak ucuz bir cihazdır. İkincisi ise; şekil-1 deki konfigürasyonun mümkün olmasıdır. Yani bilgisayar içerisindeki kablosuz adaptörü 2.4GHz frekansında çalıştığından arada başka bir aygıt olmadan başka bir kablosuz cihazla haberleşmesi için karşıdaki cihazın da 2.4 GHz de çalışması gerekmektedir. İşte bu kablosuz verici de direk bilgisayarın kablosuz adaptörü ile haberleşmeye imkan veren 2.4GHz frekansında çalışmaktadır. Bu standarta b/g standardı denmekte ve her bilgisayarın kablosuz adaptörü bu standardı içermektedir. Yeni nesil bazı bilgisayarların kablosuz adaptörü 5GHz frekansında haberleşmeyi de mümkün kılmaktadır.

7 (-) (+) U 223 POWER SUPPLY SERVER CESS 220V 220V POINT +5V 220V SARJ KONTROL PV+ PV- FAZ FAZ NOTR 220V WI-FI