Modbus传感器：提供彻底和准确的压缩空气审计
多个测量参数的高精度是开发可信的压缩空气系统基线审计的关键。在实现了系统改进之后，后续的性能验证也是如此。使用modbus接口传感器的数据采集系统可以帮助审计人员实现全面和高度准确的系统性能评估。
使用a进行审计有许多优点Modbus传感器网络和一个Modbus数据测井仪器。它们包括:
- 简化换能器布线。
- 避免由于仪表方面的麻烦而影响所需的测量。
- 提高电恶劣环境下的测量精度。
- 更少的电线连接增加了可靠性。
- 使用多功能Modbus电表测量（非估计）的能源使用。
- 从启用Modbus的空气压缩机控制器收集空气压缩机操作。
- 提高最终审计的准确性。
下面将讨论Modbus传感器在压缩空气系统数据采集以及其他能源审计中的基本功能、优势和实际应用。
Modbus RTU多相电表。（照片由大陆控制系统公司提供。）manbetx客户端12-5下载
Modbus气流计。(图片由CDI meter提供)
Modbus–经验证的技术
Modbus在工业世界随处可见，理由很充分：它很简单，并且随着时间的推移得到了验证！
Modbus是20世纪70年代末由Modicon(现施耐德电气)开发的串行数字通信协议。最初，它是用于该公司的串行数据通信生产线的工业可编程逻辑控制器(plc)。
该协议是为免版税的工业使用而发布的，作为两个或多个仪器（包括传感器和控制器）之间的标准通信路径。多年来，它已成为事实上的工业总线标准。Modbus是目前最常用的现场总线协议，用于从“智能”传感器到控制器再到数据采集系统的大量工业仪表之间的通信。
虽然目前存在许多更快、更安全的工业串行通信协议，但Modbus继续被应用到仪器、传感器和控制器设计中，而且由于其实现的简单性、无处不在的安装基础和开放的架构，在未来很长一段时间内都可能继续使用。
Modbus RTU是最适合微处理器功率有限的传感器的Modbus协议，也是迄今为止在传感器中实现的最常见的Modbus协议。
可用的Modbus协议包括:
- Modbus RTU–通过RS-232或RS-485进行二进制消息数据串行通信的主/从拓扑。
- Modbus ASCII -与Modbus RTU几乎相同，然而，消息数据是ASCII字符格式而不是二进制。
- Modbus TCP/IP -客户端/服务器拓扑非常类似于Modbus RTU，然而，通信是通过TCP/IP通过以太网。
- Modbus Plus–一种独特的对等协议，允许所有设备启动查询和响应。
从本质上讲，Modbus是用于定义实际通信的消息格式的高级通信协议。同时，RS-485是硬件通信链路的规范。将Modbus作为语言(英语、法语、西班牙语等)，将RS-485作为连接(例如，一条电话线)。
测量流量：任何压缩空气管理系统的关键组件–网络研讨会记录下载幻灯片并观看免费网络直播的录音，学习:
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Modbus换能器-易于审计
许多用于综合压缩空气应用和能源审计的传感器都可以采购，其中包括Modbus接口。通过使用与modbus兼容的数据采集/数据记录系统，可以简化能源消耗系统的全面和准确表征，并提高关键测量参数的质量。
与传统的模拟输出传感器（如4至20 mA）不同，Modbus传感器对物理参数（压力、流量、功率等）进行采样，并将该信号转换为数值，该数值存储在传感器内的存储器位置。然后，启用Modbus的数据采集仪器可通过数字串行（通常为RS-485）通信链路查询该数值。
如今，配备Modbus接口的强大多参数电表、流量计和数据记录/数据采集仪器已经上市，可以部署到审计应用程序中。Modbus换能器技术的好处包括:
- 优异的传感器信号抗惩罚性电磁场效应。
- 易于接线多个传感器。
- “所需参数与布线时间/工作量”决策中的成本/效益折衷更少。
Modbus RTU网络由主和从结构组成。典型网络由一个（且仅一个）主设备、一个或多个连接的从属设备和互连网络布线组成。在典型的压缩空气审计数据采集系统（图1）中，数据采集仪器配置为主传感器，一个或多个传感器配置为从传感器。
图1:图示是一个仪表化的压缩空气系统，利用Modbus和模拟传感器。(图表由Logic Beach Incorporated提供)
Modbus从传感器和压缩空气审计
具有内部基本处理能力的Modbus传感器可用于测量压缩空气审计所需的许多物理参数，如压力、流量、电功率/能量等。
在运行中，这些智能传感器对物理模拟参数（如压力）进行采样，并执行本地（即传感器内部）模拟-数字转换。该数字结果值随后存储到传感器内的一个存储器位置，称为Modbus寄存器，该寄存器具有一个与之相关的唯一识别地址。
许多Modbus传感器能够对多个物理参数进行采样，并生成额外的计算参数。例如，Modbus电能表可以对单相和三相负载上的多个相电流和电压进行采样，然后在内部计算相电压、相电流、功率、能量、功率因数、频率等20多个电气参数。
然后，每个计算出的电气参数定期存储到仪表内的Modbus寄存器存储器位置。在这些多寄存器从属传感器中，每个Modbus寄存器都有一个唯一的寄存器地址。
除了“只读”寄存器外，许多传感器还具有“读/写寄存器”，其中可能包含非挥发性校准常数、采样速率设置、输出控制、测量单位(例如华氏和摄氏温度)，或用户在部署前配置的其他设置。
从设备也可能有在运行时更新的读/写寄存器。例如，电表可能有一个记录总能量消耗的寄存器。在这种情况下，它可能有一个“清除”选项，当一个特定的Modbus读/写寄存器被切换时，将总数重置为零。
在部署之前，Modbus传感器都需要一些基本的系统配置。通常情况下，这些设置是使用通用Modbus或运行在PC上的制造商软件进行配置的。PC机和从设备之间的连接通常通过USB或Modbus RTU连接(通常是RS-485)。简单的命令被发送到从设备来配置这些设置。在许多简单的设备中，一些参数(例如，从设备地址)可以通过设备上的拨码开关来设置。网络中所有Slave设备需要配置的基本参数包括:
- 从设备网络地址。
- 串行通信数据速率。
- 串行数据包停止位和奇偶校验。
在某些安装中，实际的空压机控制器配有Modbus RTU端口，可以作为另一个Modbus从设备连接到Modbus数据采集网络上。
配备了控制器寄存器映射，用户可以配置数据记录器，同时从控制器获取有价值的参数数据，如出口压力，运行状态等。这可以节省额外传感器的冗余安装来获取这些参数。由此得到的记录控制器数据可以与其他测量到的压缩空气系统流量和压力数据相关联。
Modbus主数据记录器和网络布线
在空中审计数据采集网络中，支持Modbus RTU的数据采集仪器，如逻辑记录器™, 被用作网络主机。然后，用户可通过连接的从属设备和所需的Modbus寄存器地址以及通信参数对主仪表进行配置。用户还可以使用Logic Beach的HyperWare II™ 编程软件，用于指定气流传感器Modbus寄存器上的可用数据。
Modbus主从机之间的Modbus RTU串行数据通信最常见的方式是采用双或四芯屏蔽双绞线，采用RS-485，总距离可达4000英尺。
支持RS-485的设备有内部的RS-485收发芯片，允许多个设备在多滴拓扑中连接到单线对，而不会过度负载网络。这允许在一个Modbus RTU网络上最多使用32个设备，通常远远超过审计数据采集网络所需的从设备。
由于RS-485是一种数字硬件串行通信链路，因此它对杂散电噪声具有良好的抗扰性。与模拟信号不同，RS-485收发器可忽略高达1伏或更高的感应电压波动。这种极端的抗噪性在抑制驱动空气压缩机的多马力电动机产生的电磁通量方面具有重要价值，并增加了审计数据采集系统的准确性和鲁棒性。
单个多滴电缆的安装简化了数据采集的安装，因为一条电缆可以读取数十或数百个参数。相比之下，运行单独的模拟传感器线对会导致多得多的导线，由于潜在的导线损坏、连接故障和线束布线困难，可靠性会相应降低。
数据采集网络运行
从属传感器将对其输入（如压力和电流）进行异步和周期性采样，执行基本的模拟-数字转换，并将结果存储在适当的Modbus寄存器中。此采样和寄存器更新的频率取决于传感器。一些传感器允许用户编程更新速率。
当从设备取样输入并更新其内部寄存器时，Modbus主数据记录器将定期向网络发送“读”请求，该请求将包括从设备的网络地址以及所需的内部Modbus寄存器地址。在指定的网络地址的从设备将用请求的Modbus寄存器中的值进行应答。
数据记录器根据审核员定义的程序接收并处理该值。处理可能包括单位转换、通道间计算、时间积分、最小/最大/平均、求和、报警规则检查等，处理计算完成后，结果将存储到数据记录器内存或报告到云。
通过多功能数据采集仪器，具有通用模拟信号输出（4-20mA、1-5Vdc等）的模拟传感器也可用于审计数据采集系统，以测量不需要或不受益于Modbus传感器电源的参数。Modbus从属传感器和模拟传感器可以安装和配置为同时数据采集，将所有采集的测量结果合并到一个审计结果文件中，以便稍后下载和分析。
把Modbus放进工具箱
Modbus传感器可以作为强大的审计、测试和故障排除功能，供审计人员和设施管理人员在其仪器工具箱中使用。Modbus协议，布线和使用配置都很简单，使得学习曲线非常低——而且非常有益的协议无处不在。
关于作者
David Parks自1977年从爱荷华州立大学毕业后一直从事仪表和控制行业。他是Logic Beach Incorporated的总裁兼创始人，电子邮件：dparks@logicbeach.com．
关于逻辑海滩公司
自1986年以来，Logic Beach公司一直在设计创新的独立、网络支持和最近的云连接数据采集、警报和报告工具。以其直观的基于图标的HyperWare-II™编程软件而闻名，简单到复杂的数据采集例程可以快速开发并部署到其耐用的IntelliLogger™数据采集仪器系列中。更多Modbus和仪器信息请访问www.logicbeach.com．
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