模擬探頭和數(shù)據(jù)采集技術(shù)盡管性能強(qiáng)大，但也存在一些風(fēng)險(xiǎn)。Modbus 作為一種數(shù)字通信協(xié)議，可以解決許多此類(lèi)問(wèn)題。在關(guān)于 Modbus 的三篇系列博文的第一篇中，我們將介紹這一誕生已久的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，討論其優(yōu)點(diǎn)，并探討它如何在維薩拉設(shè)備中得到應(yīng)用。

　　什么是 Modbus?

　　Modbus 于 1979 年由 Modicon 開(kāi)發(fā)，是目前市場(chǎng)上歷史最悠久的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議之一。其最初的開(kāi)發(fā)目的是創(chuàng)建開(kāi)放式協(xié)議;該策略大獲成功后，由于無(wú)需許可證或?qū)Ｓ杏布?，并且可以自由部署控制系統(tǒng)，Modbus 目前成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議并得到大多數(shù)可編程邏輯控制器 (PLC) 品牌的支持。維薩拉產(chǎn)品使用基于 RS-232 或 RS-485 協(xié)議的 Modbus RTU，或基于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的 Modbus TCP/IP。但 Modbus 存在潛在的缺陷，該缺陷在串行線(xiàn)路通信 (RS-485) 中尤為突出。如果您采用多供應(yīng)商配置，在同一網(wǎng)絡(luò)中使用不同制造商生產(chǎn)的儀器，那么不同品牌之間可能會(huì)發(fā)生一些兼容性問(wèn)題。

　　維薩拉 Indigo201 模擬數(shù)據(jù)處理單元

　　維薩拉 Indigo 平臺(tái)可廣泛用于多種頗具挑戰(zhàn)性的工業(yè)應(yīng)用。其產(chǎn)品的構(gòu)成包括模擬數(shù)據(jù)處理單元和連接的可更換型智能探頭，該探頭可用于測(cè)量諸如相對(duì)濕度和溫度、露點(diǎn)溫度、二氧化碳或過(guò)氧化氫濃度等變量。所有測(cè)量和計(jì)算均由 Indigo 兼容探頭以數(shù)字方式處理，該探頭也可作為獨(dú)立設(shè)備使用，無(wú)需數(shù)據(jù)處理單元。探頭會(huì)把數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理單元，然后數(shù)據(jù)處理單元將其以模擬形式連接到 PLC。

　　模擬信號(hào)傳輸問(wèn)題

　　通常情況下，數(shù)字濕度探頭(在此示例中為維薩拉 HMP3)有兩個(gè)傳感器：一個(gè)用于測(cè)量溫度(例如 PT100 傳感器)，另一個(gè)用于測(cè)量相對(duì)濕度(例如維薩拉 HUMICAP? 傳感器);這些傳感器實(shí)際上分別測(cè)量電阻和電容的變化。探頭將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，對(duì)溫度和相對(duì)濕度進(jìn)行必要的計(jì)算，并將準(zhǔn)確的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送到 Indigo201 模擬數(shù)據(jù)處理單元。然后數(shù)據(jù)處理單元將該信號(hào)轉(zhuǎn)換回模擬形式，借助模擬電纜連接到 PLC，在 PLC 處再次轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以便處理和存儲(chǔ)。

　　正如所料，在數(shù)據(jù)處理單元中將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬形式，然后在 PLC 或其他控制系統(tǒng)中再轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字形式將增加誤差。從質(zhì)量和監(jiān)管的角度來(lái)看，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性十分重要，而最大程度減少誤差的方式之一是使用數(shù)字通信。這便是 Modbus 可以發(fā)揮作用的地方。

　　Modbus 的優(yōu)勢(shì)

　　與 Indigo201 搭配使用的探頭也可與 Modbus RTU 數(shù)字通信協(xié)議兼容。由于 Modbus 使用數(shù)字通信，因此探頭除了測(cè)量相對(duì)濕度和溫度外，還可用于測(cè)量許多其他參數(shù)，包括露點(diǎn)/霜點(diǎn)溫度、絕對(duì)濕度、混合比、濕球溫度和焓值，以及獲取設(shè)備狀態(tài)、序列號(hào)和安全Hash函數(shù)等更多信息。允許 Modbus Master 檢查安全Hash狀態(tài)可確保傳感器未遭篡改以及探頭配置未經(jīng)更改。多個(gè)探頭也可連接到同一網(wǎng)絡(luò);在模擬系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)需要在 PLC 系統(tǒng)中安裝大量額外的電纜和 (I/O) 模塊。Modbus 還通過(guò)盡量減少模擬和數(shù)字之間的轉(zhuǎn)換來(lái)降低出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差的風(fēng)險(xiǎn)，從而成為數(shù)字化數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐脒x擇。

　　數(shù)據(jù)處理單元不僅是一種模擬數(shù)字協(xié)議轉(zhuǎn)換器

　　盡管 Indigo 兼容探頭可用作獨(dú)立的測(cè)量?jī)x器，但要實(shí)現(xiàn)出色的可用性，通常需要與具有本地用戶(hù)界面、顯示屏和多種電源選項(xiàng)的數(shù)據(jù)處理單元搭配運(yùn)行，這種數(shù)據(jù)處理單元的部分型號(hào)具備數(shù)字通信優(yōu)勢(shì)。Indigo202 數(shù)據(jù)處理單元提供與探頭一致的 Modbus RTU，而 Indigo500 系列數(shù)據(jù)處理單元?jiǎng)t使用 Modbus TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行通信。