基於現場總線的自動化儀表的智能化實現技術
行業科技
作者：張永利 聶毅 賈曉峰
【摘要】現場總線是一種應用於生產現場，在現場設備之間、現場設備與控製裝置之間實行雙向、串行、多節點通信的通信網絡。這裏討論了以現場總線的理論實現智能化技術的智能儀表的兩種處理器：32位RISC處理器、實時嵌入式操作係統（RTOS）
【關鍵詞】現場總線 自動化儀表 智能化實現 技術 通信標準
通信及網絡技術中常用的通信標準主要有：RS-232C，RS-485，MODBUS及RTU等。這些通信標準在傳統的自動化儀表中得到廣泛應用。隨著工業控製係統逐步從集中走向分散以及管控一體化和企業綜合自動化的發展趨勢，對自動化儀表的通信提出了更高的要求：更高的通信速率、更豐富的信息、更節省的安裝維護費用、更高的可靠性和互可操作性。同時，通信技術、網絡技術和微電子技術的發展也為新通信標準的出現奠定了基礎。
一、現場總線理論分析
根據國際電工委員會（IEC）的定義，現場總線是一種應用於生產現場，在現場設備之間、現場設備與控製裝置之間實行雙向、串行、多節點通信的通信網絡。與傳統的控製係統相比，現場總線控製係統具有以下特點：數字信號傳輸；係統的開放性；互可操作性；現場設備智能化；係統結構的高度分散性和對現場環境的適應性。
由於曆史原因，在不同的應用領域存在多種總線標準，總數超過400種。1999年底，8種現場總線成為IEC62258國際標準：FF的H1，ControlNet，Profibus，Interbus，P-Net，WorldFIP，SwiftNet以及FF的高速EthernetHSE。此外，LonWorks，CAN，CC-Link，DeviceNet，HART等總線的應用也較為廣泛。現場總線今後的發展將呈以下趨勢：（1）多種總線並存，每種總線將形成其特定的應用領域，未來能占有市場的總線將集中在少數有競爭力的總線上；（2）以太網的引入漸成熱點。FF，ControlNet，Profibus分別推出了基於以太網的HSE，Ethernet/IP和Profibus，，Interbus也提出了以太網解決方案，此外還有Modus-TCP和IDA等。
下麵以HART儀表為例說明現場總線儀表的開發。HART協議采用了Bell標準的FSK頻移鍵控技術，在4～20mA的模擬信號上疊加幅度為0.5mA的正弦調製波，實現了模擬信號與數字通信的兼容。其關鍵技術是智能變送模塊的低功耗技術。由於變送器是靠4～20mA信號來供電的，還因為HART通信的要求（在電源線上疊加±0.5mA的FSK信號），所以整個變送器的耗電必須小於3.5mA。這通過分層供電的設計思想，采用低功耗芯片，建立合理的電源管理電路予以實現。