網(wǎng)絡(luò)化智能傳感技術(shù)發(fā)展淺析

　　⑶ 互操作性

　　互操作性的含義來自不同制造廠的現(xiàn)場設(shè)備，不僅可以互相通信，而且可以統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成所需的控制回路，共同實(shí)現(xiàn)控制策略。

　?、?分散功能塊

　　FCS廢棄了DCS的輸入/輸出單元和控制站，把DCS控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場儀表，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。

　?、?通信線供電

　　現(xiàn)場總線的常用傳輸介質(zhì)是雙絞線，通信線供電方式允許現(xiàn)場儀表直接從通信線上攝取能量。

　?、?開放式互連網(wǎng)絡(luò)

　　現(xiàn)場總線為開放式互連網(wǎng)絡(luò)，既可與同類網(wǎng)絡(luò)互連，也可與不同網(wǎng)絡(luò)互連，還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫共享。

　　3.2 現(xiàn)場總線存在的不足

　　現(xiàn)場總線技術(shù)自20世紀(jì)80年代產(chǎn)生以來，一直受到人們的極大關(guān)注，被譽(yù)為自控領(lǐng)域的一次革命。進(jìn)入90年代以來，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)一度成為人們的研究熱點(diǎn)，各種各樣的現(xiàn)場總線產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。隨著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際應(yīng)用，基于現(xiàn)場總線的智能傳感技術(shù)也面臨著諸多問題。

　　一方面，現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的制定因技術(shù)、商業(yè)利益等原因造成多標(biāo)準(zhǔn)共存。IEC 61158規(guī)定了FF、Profibus等8種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，加上IEC TC17已通過的3種現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)（ICE 62026），導(dǎo)致目前現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)共有12種之多。由于各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采用的通信協(xié)議完全不同，存在著智能傳感器的兼容和互換性問題，影響了總線式智能傳感器的應(yīng)用。

　　另一方面，現(xiàn)場總線還存在著瓶頸問題。表現(xiàn)在：現(xiàn)場總線切斷后，系統(tǒng)有可能產(chǎn)生不可預(yù)知的后果；系統(tǒng)組臺參數(shù)過于復(fù)雜，且其設(shè)定的好壞對系統(tǒng)性能影響很大；生產(chǎn)運(yùn)行需大量人機(jī)數(shù)據(jù)交換，現(xiàn)場總線系統(tǒng)的通信容量有限，容易造成信息流的阻塞。

　　4、基于IEEE P1451接口標(biāo)準(zhǔn)族的智能傳感技術(shù)

　　IEEE P1451標(biāo)準(zhǔn)族是基于目前現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)不一，各種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)都有自己規(guī)定的通信協(xié)議，互不兼容，從而給智能傳感技術(shù)的應(yīng)用、擴(kuò)展和維護(hù)等帶來不利影響的基礎(chǔ)上提出來的。目的是通過定義一整套通用的通信接口，大大簡化由傳感器/執(zhí)行器構(gòu)成的各種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，解決不同網(wǎng)絡(luò)之間的兼容性問題，并能夠最終實(shí)現(xiàn)各個(gè)廠家的產(chǎn)品相互之間的互換性與互操作性。

　　4.1 IEEE P1451智能變送器接口標(biāo)準(zhǔn)族簡介

　　IEEE P1451提議標(biāo)準(zhǔn)族定義了變送器（傳感器或執(zhí)行器）的軟硬件接口。該組所有標(biāo)準(zhǔn)都支持電子數(shù)據(jù)表（TEDS）概念，這為變送器提供了自識別（self-identification）和即插即用(plug-and-play)功能。以下是IEEE P1451家族系列標(biāo)準(zhǔn)的簡要介紹。

　?、拧EEE P1451.0[3]
　　IEEE P1451.0提議標(biāo)準(zhǔn)，即通用的功能、通信協(xié)議和變送器電子數(shù)據(jù)表格式（Common Functions，Communication Protocols，and Transducer Electronic Data Sheet（TEDS）Formats）。IEEE P1451提議標(biāo)準(zhǔn)族由幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組成，盡管它們之間有共同的特征，但是卻不存在通用的功能、通信協(xié)議和電子數(shù)據(jù)表格式的設(shè)置，這影響了這些標(biāo)準(zhǔn)之間的互操作性，阻礙了這些標(biāo)準(zhǔn)在用戶群中的廣泛使用。IEEE P1451.0提議標(biāo)準(zhǔn)就是為解決這一問題提出來的，通過定義一個(gè)包含基本命令設(shè)置和通信協(xié)議的獨(dú)立于NCAP到變送器模塊接口的物理層，為不同的物理接口提供通用、簡單的標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到加強(qiáng)這些標(biāo)準(zhǔn)之間的互操作性。

　?、?IEEE Std 1451.1[4]

IEEE Std 1451.1標(biāo)準(zhǔn)，即智能變送器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用處理器信息模型（Network Capable Application Processor（NCAP）Information Model for smart transducer），1999年7月通過了IEEE認(rèn)可。該標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蟮姆椒ň_地定義了通用的智能傳感器信息模型，涵蓋了網(wǎng)絡(luò)化變送器的各種應(yīng)用，通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用編程接口（API）來實(shí)現(xiàn)從模型到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的映射，采用一系列功能模塊比如I／O驅(qū)動硬件抽象等來支持各種各樣的變送器，如圖3所示。

　?、?IEEE Std 1451.2[5]

　　IEEE Std 1451.2標(biāo)準(zhǔn)，即變送器與微處理器通信協(xié)議和變送器電子數(shù)據(jù)表格式（Transducer to Microprocessor Communication Protocols and Transducer Electronic Data Sheet（TEDS）Formats），1997年9月通過了IEEE認(rèn)可。該標(biāo)準(zhǔn)具體定義了電子數(shù)據(jù)表格式TEDS和一個(gè)10線數(shù)字接口TII（Transducer Independent Interface）以及變送器與微處理器間通信協(xié)議（如圖4所示），使智能傳感器／執(zhí)行器模塊具有了即插即用能力，測控網(wǎng)絡(luò)也可以通過訪問TEDS來監(jiān)測和配置傳感器／執(zhí)行器通道。