傳感器現(xiàn)場儀表的傳輸信號與現(xiàn)場總線技術(shù)

　　現(xiàn)場儀表與控制室儀表之間的數(shù)字通信統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線。實際因為現(xiàn)場設(shè)備不同，數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)的通信寬度不同，而分為傳感器總線、設(shè)備總線和現(xiàn)場總線幾種（統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線）；又于過渡期有HART協(xié)議的準(zhǔn)數(shù)字化通信；另外，就是標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性和數(shù)字通信技術(shù)發(fā)展速度太快造成的系統(tǒng)架構(gòu)扁平化等等原因，使現(xiàn)在現(xiàn)場總線技術(shù)處于“春秋戰(zhàn)國”時期，所以有必要讓流程工業(yè)及加工業(yè)決策者，對這個問題理出一個思路來，促進現(xiàn)場總線技術(shù)的普及。
　　
　　20世紀70年代大約在電動單元組合式儀表研發(fā)時期，出現(xiàn)了4～20mDC的統(tǒng)一信號（對應(yīng)電壓信號為1～5VDC），相應(yīng)兩線制技術(shù)也得到普及。兩線制是指一個現(xiàn)場變送器由兩根導(dǎo)線與控制室對應(yīng)端子相連，在其上完成供電（24VDC）及電流信號傳輸。當(dāng)然，四線制技術(shù)也還可以使用（四線制指現(xiàn)場變送器接兩根電源線和兩根信號線）。
　　
　　在1986年美國Rosemount公司推出HART（HighwayAddressableRemoteTransducer可尋址遠程傳感器高速公路）通信協(xié)議，在原兩線制變送器上增加了數(shù)字信號傳輸功能，即在4～20mA的直流模擬信號基礎(chǔ)上疊加了一個波形為FSK（FrequencyShiftingKeying）Bell202的數(shù)字通信信號，以后得到多家儀表研制這方面的產(chǎn)品。嚴格地說，它不是現(xiàn)場總線，但由于它兼容了模擬信號及有利于改造老產(chǎn)品，所以10多年來它還能生存下來，而且有所發(fā)展，如它規(guī)定了設(shè)備描述語言，而且多種DCS、PLC均可與之相連，配套的HARTMuHiplexer多路復(fù)用器之外，還有HARTI/O，使老裝置裝置改造中現(xiàn)有布線系統(tǒng)得到利用，完成工廠資產(chǎn)設(shè)備管理等功能，提高工廠生產(chǎn)效率。
　　
　　標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
　　
　　追溯上世紀80年代IFC、90年代初ISP及ISPF已經(jīng)進行了初步聯(lián)合，1994年法國加入成立現(xiàn)場總線基金會（FF）比HART通信協(xié)議公布稍后，電工委員會IEC于1988年IEC/TC65/SC65C/WG6工作組正式開始現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)化工作，于2000年1月正式通過IEC61158測量和控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，有10種類型，為了便于標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，又制訂了IEC61784作為解釋和補充，IEC61784為工業(yè)控制系統(tǒng)的連續(xù)和斷續(xù)制造用現(xiàn)場總線行規(guī)設(shè)置，涉及7個協(xié)議簇，即FF、ControlNet、Profibus、P-Net、SwiftNet、WorldFIP、Interbus。
　　
　　另外，IEC/TC17/SC17B分管低壓電器的分委員會制訂了IEC62026有關(guān)的現(xiàn)場總線AS-I、DeviceNet、SDS及Seriplex4種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)；IEC/TC22分管電力電子的分委員會將CAN總線列為標(biāo)準(zhǔn)，而且ISO（標(biāo)準(zhǔn)組織）通過為標(biāo)準(zhǔn)：CANISO11898（1Mbit/s）與CANISO11519（125Kbit/s）。以上通常稱有7+4+1=12種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。也有很多人把部分應(yīng)用較少或原理與其它總線相賓的總線略去而稱有8種現(xiàn)場總線。
　　
　　在未成為標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線中，應(yīng)用很廣，性能很好的有Lonworks，它為ANSI美國國家標(biāo)準(zhǔn)及智能建筑等5個行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)；Modbus總線應(yīng)用的歷史較長，現(xiàn)在也在發(fā)展與以太網(wǎng)相結(jié)合等技術(shù)；另外就是CC-Link，它由日本三菱公司推出，應(yīng)用面也很廣。
　　
　　關(guān)于多標(biāo)準(zhǔn)問題
　　
　　在IEC制訂現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的同時，各國或跨國大公司也在積極開發(fā)現(xiàn)場總線，一些國家或行業(yè)的特殊性，IEC原設(shè)想的現(xiàn)場總線基金會雖然代表了100多個國家，其開發(fā)的基金會現(xiàn)場總線并不能滿足各行業(yè)的要求，而且要滿足過程工業(yè)的要求，也還有一個的過程，所以只好將其低速標(biāo)準(zhǔn)FF的H1部分與其它各種功能相近的Profibus-PA、Profibus-DP等并列為標(biāo)準(zhǔn)。另外原因就是數(shù)字通信技術(shù)發(fā)展很快，加之FCS概念雖已形成，但與DCS、PLC等系統(tǒng)還得“和平共處”一無相當(dāng)長時期；又與80年代剛制定標(biāo)準(zhǔn)時期相比，F(xiàn)F高速標(biāo)準(zhǔn)與以太網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)相兼容是大勢所趨，所以出現(xiàn)了FF的HSE及Profinet等標(biāo)準(zhǔn)，這些都是順應(yīng)潮流的選擇。應(yīng)該說多標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生，這是反映了數(shù)字通信技術(shù)的現(xiàn)實，不是以人們的意志而轉(zhuǎn)移的。既然是多標(biāo)準(zhǔn)，以后還會有所增加，我國如有新的現(xiàn)場總線出現(xiàn)，也可以爭取成為標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　如事先制訂出統(tǒng)一的開放的、可互操作的一個現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，制訂出來以后，多數(shù)廠家都放棄原來的現(xiàn)場總線，當(dāng)然很理想，Z大受益者為Z終用戶，但是我們要面對現(xiàn)實，在承認現(xiàn)狀、積極應(yīng)用現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的同時，用戶和制造廠都對開放性和可互操作性的理想鍥而不舍，我想這一天終究會到來。
　　
　　現(xiàn)場總線的比較
　　
　　多現(xiàn)場總線是制造商、集成商和Z終用戶以來不便選用困難，但是通過比較，結(jié)合自身特點，是能選出一種或兩種現(xiàn)場總線，并發(fā)揮現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢，以來經(jīng)濟效益，而且可以自下而上防止出現(xiàn)信息孤島。
　　
　　主要現(xiàn)場總線比較如表1所示。表中除主要性能特點以外，與選型有關(guān)的還有：主從方式、無主方式或點對點方式；傳送過程數(shù)據(jù)和住處組態(tài)住處運行狀態(tài)等報文長短；通信實時性；通信準(zhǔn)確性和通信安全性等。高速或上層的現(xiàn)場總線在表中所列的FFHSE、Profinet、ControlNet中的Ethernet/IP均使用了工業(yè)以太網(wǎng)；其它的現(xiàn)場總線現(xiàn)在也在致力于和以太網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)）相連；加之工業(yè)以太網(wǎng)也在從事“e網(wǎng)到底”的努力，即在發(fā)展直接與以太網(wǎng)相連的I/O模塊;又IEC正與IAONA（工業(yè)自動化開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合會）制訂包含工業(yè)以太網(wǎng)行規(guī)的“工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)安裝導(dǎo)則”，所以我們要重視工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展。