Modbus 数字通信相较于模拟信号传输的优点

模拟探头和数据采集技术尽管性能强大，但也存在一些风险。Modbus 作为一种数字通信协议，可以解决许多此类问题。在关于 Modbus 的三篇系列博文的第一篇中，我们将介绍这一诞生已久的现场总线协议，讨论其优点，并探讨它如何在维萨拉设备中得到应用。

什么是 Modbus？
Modbus 于 1979 年由 Modicon 开发，是目前市场上历史悠久的现场总线协议之一。其初始的开发目的是创建开放式协议；该策略大获成功后，由于无需许可证或专有硬件，并且可以自由部署控制系统，Modbus 目前成为行业标准协议并得到大多数可编程逻辑控制器 (PLC) 品牌的支持。维萨拉产品使用基于 RS-232 或 RS-485 协议的 Modbus RTU，或基于以太网网络的 Modbus TCP/IP。但 Modbus 存在潜在的缺陷，该缺陷在串行线路通信 (RS-485) 中尤为突出。如果您采用多供应商配置，在同一网络中使用不同制造商生产的仪器，那么不同品牌之间可能会发生一些兼容性问题。

维萨拉 Indigo201 模拟数据处理单元
维萨拉 Indigo 平台可广泛用于多种颇具挑战性的工业应用。其产品的构成包括模拟数据处理单元和连接的可更换型智能探头，该探头可用于测量诸如相对湿度和温度、露点温度、二氧化碳或过氧化氢浓度等变量。所有测量和计算均由 Indigo 兼容探头以数字方式处理，该探头也可作为独立设备使用，无需数据处理单元。探头会把数据传送到数据处理单元，然后数据处理单元将其以模拟形式连接到 PLC。

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模拟信号传输问题
通常情况下，数字湿度探头（在此示例中为维萨拉 HMP3）有两个传感器：一个用于测量温度（例如 PT100 传感器），另一个用于测量相对湿度（例如维萨拉 HUMICAP^® 传感器）；这些传感器实际上分别测量电阻和电容的变化。探头将模拟信号转换为数字数据，对温度和相对湿度进行必要的计算，并将准确的数字数据发送到 Indigo201 模拟数据处理单元。然后数据处理单元将该信号转换回模拟形式，借助模拟电缆连接到 PLC，在 PLC 处再次转换为数字数据以便处理和存储。

正如所料，在数据处理单元中将数字数据转换为模拟形式，然后在 PLC 或其他控制系统中再转换回数字形式将增加误差。从质量和监管的角度来看，确保测量的准确性十分重要，而减少误差的方式之一是使用数字通信。这便是 Modbus 可以发挥作用的地方。

Modbus 的优点
与 Indigo201 搭配使用的探头也可与 Modbus RTU 数字通信协议兼容。由于 Modbus 使用数字通信，因此探头除了测量相对湿度和温度外，还可用于测量许多其他参数，包括露点/霜点温度、绝对湿度、混合比、湿球温度和焓值，以及获取设备状态、序列号和安全Hash函数等更多信息。允许 Modbus Master 检查安全Hash状态可确保传感器未遭篡改以及探头配置未经更改。多个探头也可连接到同一网络；在模拟系统中，要实现这一点需要在 PLC 系统中安装大量额外的电缆和 (I/O) 模块。Modbus 还通过尽量减少模拟和数字之间的转换来降低出现数据误差的风险，从而成为数字化数据传输的理想选择。

数据处理单元不仅是一种模拟数字协议转换器 
尽管 Indigo 兼容探头可用作独立的测量仪器，但要实现良好的可用性，通常需要与具有本地用户界面、显示屏和多种电源选项的数据处理单元搭配运行，这种数据处理单元的部分型号具备数字通信优势。Indigo202 数据处理单元提供与探头一致的 Modbus RTU，而 Indigo500 系列数据处理单元则使用 Modbus TCP/IP 协议进行通信。

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