Ein RS485-Wasserqualitätssensor ist ein Gerät, das verschiedene physikalische und chemische Parameter des Wassers (wie pH, ORP, Leitfähigkeit, gelöster Sauerstoff, Trübung usw.) misst und die Daten über die Serieller Kommunikationsstandard RS485.
Der Grundgedanke besteht darin, dass mehrere Sensoren (oft als "Knoten" oder "Slaves" bezeichnet) über ein einziges Langstreckenkabel mit einer zentralen Steuerung (einem "Master" wie einer SPS, einem SCADA-System oder einem Datenlogger) verbunden werden können.
Die wichtigsten Vorteile von RS485
Warum ist RS485 für diese Anwendungen so beliebt?
- Kommunikation über große Entfernungen: RS485 kann Daten zuverlässig über Entfernungen von bis zu 1200 Meter (4000 Fuß) ohne Signalverstärker zu benötigen, was es ideal für große Anlagen wie Wasseraufbereitungsanlagen macht.
- Störfestigkeit: Es verwendet eine Differenzsignal (zwei Drähte für Daten: A und B). Dies bedeutet, dass es sehr widerstandsfähig gegen elektrische Störungen von Motoren, Pumpen und anderen Geräten ist, die in industriellen Umgebungen häufig vorkommen.
- Multi-Drop-Netzwerk: Sie können verbinden mehrere Sensoren (32, 64 oder sogar mehr mit Repeatern) auf einem einzigen Kommunikationsbus. Dies reduziert drastisch die Verdrahtungskosten und die Komplexität im Vergleich zu analogen (4-20mA) Sensoren, die jeweils eine eigene Kabelführung benötigen.
- Bidirektionale Kommunikation: Im Gegensatz zu einem einfachen Analogsignal kann das Master-Gerät bei RS485 nicht nur Daten empfangen von den Sensoren, sondern auch auf Befehle senden (z. B. um sie zu kalibrieren, eine Adresse zu ändern oder ein Abtastintervall einzustellen).
Häufig gemessene Wasserqualitätsparameter
RS485-Sensoren sind für fast jeden Wasserqualitätsparameter erhältlich:
- Physikalische Parameter:
- Trübung: Misst die Wassertrübung.
- Temperatur: Ein grundlegender Parameter, der oft zusammen mit anderen Sensoren verwendet wird.
- TSS (Total Suspended Solids): Misst die Masse der Schwebstoffe.
- Chemische Parameter:
- pH-Wert: Misst den Säuregehalt oder die Alkalinität.
- ORP (Oxidations-Reduktions-Potential): Zeigt die Fähigkeit des Wassers an, sich selbst zu reinigen oder Schadstoffe abzubauen.
- Leitfähigkeit (EC) / TDS (Total Dissolved Solids): Misst die Fähigkeit des Wassers, Elektrizität zu leiten, bezogen auf die Ionenkonzentration.
- Gelöster Sauerstoff (DO): Kritisch für das Leben im Wasser und die Abwasserbehandlung.
- Ionen-spezifische Sensoren: Ammoniak, Nitrat, Chlorid, Fluorid, usw.
- Sonstiges:
- Chlor: Sowohl freies als auch Gesamtchlor.
Wie das System verkabelt ist (Das RS485-Netzwerk)
Ein typischer Aufbau sieht wie folgt aus:
[ Mastergerät (SPS/PC/Datenlogger) ] [ Sensor 1 ] [ Sensor 2 ] [ Sensor N ]Verdrahtungsregeln:
- Bus-Topologie: Verwenden Sie eine Daisy-Chain-Topologie (wie oben gezeigt). Vermeiden Sie Sterntopologien.
- Twisted-Pair-Kabel: Verwenden Sie immer ein abgeschirmtes verdrilltes Doppelkabel für die Datenleitungen A und B. Dies erhöht die Störfestigkeit.
- Abschlußwiderstände: Installieren Sie eine 120-Ohm-Abschlusswiderstand zwischen den Linien A und B an beiden Enden des Hauptkabels (am ersten Sensor und am letzten Sensor). Dadurch werden Signalreflexionen vermieden.
- Gemeinsame Basis: Verbinden Sie die "GND"- oder "COM"-Referenz vom Master mit allen Sensoren, um ein gemeinsames Massepotenzial zu gewährleisten.
- Macht: Die meisten RS485-Sensoren benötigen eine separate Stromversorgung (z. B. 12-24 V DC). Diese wird oft auf separaten Adern innerhalb desselben Kabels geführt.
Kommunikationsprotokolle (Die "Sprache")
RS485 ist nur die physikalische Schicht (die Hardware, der "Highway"). Die gesendeten Daten benötigen eine Protokoll (die "Sprache" oder die "Regeln der Straße"). Die gebräuchlichsten Protokolle sind:
- Modbus RTU: Dies ist die De-facto-Industriestandard. Es ist offen, robust und wird weitgehend von SPS, SCADA und Datenloggern unterstützt. Wenn auf einem Sensor "RS485 Modbus" steht, bedeutet dies, dass er das Modbus RTU-Protokoll über eine RS485-Verbindung spricht.
- Profibus DP: Ein weiteres gängiges Industrieprotokoll, das in bestimmten Regionen und Branchen (insbesondere im verarbeitenden Gewerbe in Europa) stärker verbreitet ist.
- Hersteller-spezifische Protokolle: Einige Marken verwenden ihre eigenen Protokolle, für deren Interpretation spezielle Software oder Treiber erforderlich sein können.
Typische Schritte bei der Einrichtung und Konfiguration
- Physische Installation: Montieren Sie die Sensoren im Wasser (in einem Tank, einem Rohr oder einem offenen Gewässer) mit Hilfe geeigneter Armaturen oder Halterungen.
- Verkabelung: Schließen Sie alle Sensoren an den RS485-Bus an und folgen Sie dabei den Daisy-Chain-Regeln. Schließen Sie den Bus an Ihr Master-Gerät an.
- Adressierung: Konfigurieren Sie eine eindeutige Slave-Adresse (z. B. 1, 2, 3...) für jeden Sensor im Netzwerk. Dies geschieht in der Regel über DIP-Schalter oder Softwarebefehle.
- Protokoll-Konfiguration: Stellen Sie die Kommunikationsparameter sowohl auf dem Master als auch auf allen Sensoren so ein, dass sie übereinstimmen. Dies beinhaltet:
- Baudrate (z. B. 9600, 19200, 38400 Bits pro Sekunde)
- Datenbits (in der Regel 8)
- Parität (Keine, Gerade, Ungerade)
- Stopp-Bits (in der Regel 1)
- Master-Geräteprogrammierung: Konfigurieren Sie Ihre SPS, Ihren Datenlogger oder Ihre Software so, dass sie jeden Sensor über seine eindeutige Adresse abfragen, die Datenregister (wie in der Modbus-Registerkarte des Sensors definiert) anfordern und die Werte interpretieren.
Beispiel: Lesen von einem Modbus-Sensor
Ein Master-Gerät könnte eine Abfrage wie diese senden:[Slave-Adresse] [Funktionscode 03] [Startregister Hi] [Startregister Lo] [Anzahl der Register Hi] [Anzahl der Register Lo] [CRC-Check Lo] [CRC-Check Hi]
Der Sensor mit der passenden Adresse würde mit seinen Daten antworten. Zum Beispiel den pH-Wert, der in einem bestimmten Register gespeichert ist.
Beliebte Hersteller
- Endress+Hauser
- Hach
- Xylem (YSI, WTW)
- Hamilton
- Atlas Wissenschaftlich (Beliebt bei Bastlern und für kleinere Projekte)
- Sensorex
- SPECSENS
Zusammenfassung: Wann sollte man einen RS485-Wasserqualitätssensor wählen?
Wählen Sie einen RS485-Sensor, wenn Ihre Anwendung dies erfordert:
- Ferngespräch zwischen den Sensoren und dem Steuergerät.
- A Netzwerk mit mehreren Sensoren.
- Hoch Störimmunität in einer industriellen Umgebung.
- Bidirektionale Kommunikation für die Konfiguration und Kalibrierung.
- Integration mit Industriestandardsystemen wie PLC oder SCADA.
Für einfache Anwendungen über kurze Distanzen mit nur einem oder zwei Sensoren ist ein analog (4-20mA) oder SDI-12 Sensor ausreichend sein. Für sehr schnelle oder komplexe verteilte Systeme, Ethernet/IP oder Modbus TCP könnte eine bessere Wahl sein.
