技术之源：数字设备通讯

发布时间：2013-05-20 作者：Peter Welander

        数字通讯已经成为实际工作中的重要元素。也许这看起来并不是什么新观点，但是想一想如果只有模拟技术的话，自动化将会有多大的不同。
        大部分现已安装的流程仪表都采用模拟技术，使用不同的电流或者电压信号。其中的佼佼者就是4-20mA电流回路，很多今天还在销售的现场设备仍然使用这项技术。传统的变送器采用这个回路供电，发送连续信号显示过程变量。具体的电流水平可以根据设备的规格转换成工程单位。举例来说，对于一台压力传感器而言，17.45mA的输出电流意味着112 psi的压力。工程师使用万用表和应用图表就可以告诉我们过程变量的情况。每一台模拟设备都有自己线缆连接主站系统的I/O栈。
        在很多应用中，提供主要的过程变量信息已经足够。然而，问题是有越来越多的应用需要有关设备状态的额外信息。传感器的情况如何？变送器周边的温度怎样？过程流体的温度是多少？
        模拟技术并不擅长发送大量的数据。尽管有聪明的工程师找到了一种方法——使用一条线缆就能够发送多个变量，但是实际上还有更简单的方式。HART（可寻址远程传感器高速通道）就是一种模拟和数字的结合。HART通讯基金会将其描述为：“HART协议提供了两条并行的通讯渠道：4-20mA模拟信号和数字信号。4-20mA信号使用4-20mA电路传递主要的测量值（在使用现场设备的时候），这种方法最快，也是最为可靠的工业标准。其他的设备信息采用数字信号传输，它可以作为模拟信号的补充。数字信号包括来自设备的各种信息，包括设备状态、诊断、额外的测量或者计算值等等。这两种通讯方式结合，就为我们提供了一种低成本并且非常可靠的完整现场通讯解决方案，它也非常容易使用和配置。”
        还有一些其他的方法完全摒弃了模拟的部分。现场总线协议，比如基金会现场总线和Profibus PA就是全数字的类型。这些方法在宣传称是只需要一条线缆就可以实现一组设备的通讯，能够节约布线成本。用户很快发现现场总线是一种非常棒的方法，能够比模拟技术甚至是HART传输更多的数据。经过良好培训的用户如果合理使用，就会发现这项技术非常的实用并且可靠。
        还有一些数字协议不仅仅局限于设备层级，而是作为一种传输大量信息的有效方式。Modbus最早是PLC之间通讯的一种方法，但是现已被证明对于现场设备也非常有效。数据收集系统编辑来自各种模拟设备的信息，然后与现场总线一样使用一条线缆，将数据以数字的方式发送。这种方法在那些使用以太网的应用也正在被接受。最近，有更多的现场设备变送器都装备了以太网连接。
        无线现场设备如果没有数字通讯的话就毫无用武之地。即便是无线HART，也是要将模拟信号数字化。在主站捕捉到信号之后，它们必须要先转换成模拟信号，这样才能与现有的I/O系统实现通讯。
        展望未来，以太网将会变得越来越重要，它将会成为各种工业应用的核心角色，甚至会成为工业通讯标准。事实上，以太网与IT和各种企业级网络互联互通，是一件喜忧参半的事情。不管你喜不喜欢，IT都在染指车间级应用。
        因为现在还安装有很多模拟设备，它们并不能在一夜之间就消失，但是这项技术在新的项目不会被大量采用。世界正在快速地数字化。