Este tutorial será dividido em duas partes. A primeira, sendo esta, irá descrever como conectar-se ao multimedidor via RS-485 e capturar os dados de interesse lendo o mapa de memória interno do dispositivo. Na segunda parte iremos detalhar como enviar os dados apanhados pelo Arduino a um servidor de dados remoto permitindo assim uma consulta de qualquer local. Este servidor terá o papel de um concentrador de dados para possíveis decisões que envolvam o controle de demanda de uma planta industrial ou mesmo o controle do fator de potência da planta como um todo. A figura abaixo ilustra a montagem do protótipo completa, indicando o módulo Ethernet, a ser apresentado no próximo tutorial, o módulo MAX485 e o Arduino MEGA 1280.

MATERIAIS

• (1x) Arduino Mega 1280 (Atmega 1280);
• (1x) Módulo Ethernet com o ENC39J60 e shift Level de 5 p/ 3V3
• (1x) Módulo para comunicação serial RS485 com o MAX 485;
• (1x) Protoboard;
• Cabo com blindagem para comunicação serial em ambiente industrial;
• Cabos para ligação em protoboard.

Registradores do Multimedidor

Não será o foco deste tutorial discutir sobre o protocolo RS485 pois o mesmo já foi abordado em tutoriais anteriores. Abordaremos o mapa de memória do multimedidor e como interpretar os dados obtidos.

MULTIMEDIDOR KRON MULT-K 05

O multimedidor de grandezas elétricas MULT-K05 foi desenvolvido para aplicações de leitura de parâmetros de energia elétrica como demanda consumida, potência Ativa, potência Aparente, fator de potência, corrente utilizada dentre outros. Aliado a um controlador que tenha capacidade de interpretar os dados disponibilizados por este multimedidor, consegue-se implementar um controle completo das grandezas elétricas típicas a serem feitos na indústria, principalmente sobre o valor utilizado da demanda de energia contratada e faixa de valores do fator de potência que são os que mais oneram a conta de energia por multas. A figura abaixo ilustra este equipamento instalado em um painel industrial de potência.

Abaixo são listadas algumas das funções básicas implementadas dentro do mapa de memória deste dispositivo. São divididas basicamente entre duas áreas de funções sendo elas as originais do protocolo Modbus, já pré-definidas por padrão e as funções especiais implementadas pelo fabricante.

Funções do protocolo Modbus implementadas para o Mult-K:

• Read Input Status (0x02H)
• Read Holding Register (0x03H)
• Read Input Register (0x04H)
• Force Single Coil* (0x05H)
• Preset Single Register* (0x06H)
• Read Exception Status (0x07H)
• Preset Multiple Register* (0x10H)
• Report Slave ID (0x11H)
• Read File Record (0x14H)

* Broadcast – funções que podem ser endereçadas para todos os slaves (endereço 0)

Funções ESPECIAIS:

• Config Address (0x42H)
• Read Address (0x71H)
• Read Partidas (0x75H)
• Report Slave Id Kron (0x76H)

Nesta aplicação utilizamos somente a função Read input Register (0x04) para leitura dos valores das grandezas elétricas. Os respectivos registradores estão indicados na tabela abaixo, retirada do manual do fabricante Kron.

Como pode ser observado na tabela acima, o resultado das leituras obtidas pelo Arduino será em formato de 32 bits em ponto flutuante (FP). À primeira vista, este tipo de formato de dados nos causa um espanto por não ser comum aos equipamentos que tivemos acesso até o momento, porém com algumas pesquisas pode-se chegar a uma simples union que já “transforma” o resultado da leitura de 32 bit em FP para um dado interpretável. Este tipo de estrutura é muito utilizado na linguagem C e está destacado no algoritmo do Arduino.

Como exemplo, se for desejado obter o valor da frequência elétrica lida pelo aparelho, basta enviar o valor 0x0E ao controlador e o retorno será, para uma frequência típica de 60 Hz, o valor 0x00007042 (8x4bits = 32 bits). Este valor, quando convertido do formato de 32 bits em FP para um valor decimal, nos indicará o valor de 60Hz. A figura abaixo, retirada do datasheet do fabricante, ilustra os frames de requisição do master e resposta dos dados pelo multimedidor (slave).

ESQUEMA DE LIGAÇÃO

O esquema de montagem deste tutorial é o mais simples até o momento, apesar da grande utilidade deste protótipo. Destacamos somente o módulo com o MAX485 e as respectivas ligações nas portas do Arduino. A figura abaixo ilustra este módulo.

Uma imagem real do módulo utilizado neste tutorial está exposta abaixo.

Algoritmo

O algoritmo que implementa este sistema de obtenção dos dados está destacado abaixo. É simples mais apresenta alguns detalhes particulares que serão destacados posteriormente.

O primeiro dos detalhes importantes é a utilização do microcontrolador ATMEGA 1280 devido a memória flash de 128 KB disponível. Na segunda parte deste tutorial, iremos implementar o envio dos dados para um servidor remoto e a biblioteca utilizada para o ENC28J60 consome uma grande quantidade de memória.O segundo detalhe, um dos mais importantes, é a configuração do método de comunicação serial. Os multimedidores estão configurados para operarem na configuração 8N2 (8 bits de dados, Sem paridade e 2 bits de parada) e o Arduino, por natureza, trabalha com a configuração do tipo 8N1. A biblioteca serial nativa da IDE não suporta, a não ser por ajustes internos na biblioteca, o formato 8N2. Logo, decidimos então utilizar a segunda porta serial disponível para o ATMEGA 1280.

Conclusão

Neste tutorial discutimos a implementação de um sistema de obtenção dos dados de multimedidores de grandezas elétrica, aplicado a indústria, utilizando a interface serial RS-485 em cima do protocolo Modbus RTU. Discutimos também o quão importante é para uma planta industrial o controle e gestão dos gastos com energia elétrica e atendimento de parâmetros estabelecidos pelas concessionárias afim de evitar multas e cobranças desnecessárias por este recurso que se torna cada dia mais caro.