網絡化智能傳感技術發展淺析
傳感器技術、通信技術與計算機技術構成現代信息的三大基礎,它們分別完成對被測量的信息提取、信息傳輸及信息處理,是當代科學技術發展的一個重要標志。隨著科學技術的發展,數字化、智能化和網絡化已成為時代發展趨勢:計算機技術和通信技術結合進而產生了計算機網絡技術;計算機技術和傳感器技術結合產生了智能傳感器技術;將三者融為一體(計算機網絡技術與智能傳感技術結合)便產生了網絡化智能傳感技術。網絡化智能傳感技術已成為人們關注的熱點[1],本文僅就網絡化智能傳感技術的發展現狀與發展趨勢作簡要論述。
2、網絡化智能傳感技術
網絡化智能傳感器是以嵌入式微處理器為核心,集成了傳感單元、信號處理單元和網絡接口單元,使傳感器具備自檢、自校、自診斷及網絡通信功能,從而實現信息的采集、處理和傳輸真正統一協調的新型智能傳感器,原理框圖如圖1所示。
網絡化智能傳感器與其它類型傳感器相比,具有如下特點:
⑴具有智能傳感功能。隨著嵌入式技術、集成電路技術和微控制器的引入,使傳感器成為硬件和軟件的結合體,一方面傳感器的功耗降低、體積減小、抗干擾性和可靠性提高,另一方面傳感器具有了自識別和自校正功能,同時利用軟件技術實現傳感器的非線性補償、零點漂移和溫度補償等;
⑵ 具有網絡通信功能。網絡接口技術的應用使傳感器方便地接入工業控制網絡,為系統的擴充和維護提供了極大的方便。
3、基于現場總線的智能傳感技術
現場總線技術是一種集計算機技術、通信技術、集成電路技術及智能傳感技術于一身的新興控制技術,按照國際電工委員會IEC61158的標準定義:“安裝在制造和過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線稱為現場總線”。一般認為“現場總線是一種全數字化、雙向、多站的通信系統,是用于工業控制的計算機系統工業總線”。
現場總線技術是在儀表智能化和全數字控制系統的需求下產生的。現場總線是連結智能化現場設備和控制室之間全數字式、開放式和雙向的通信網絡。隨著各種智能傳感器、變送器和執行器的出現,一種新的工業控制系統體系?D數字化到現場、控制功能到現場、設備管理到現場的現場總線控制系統FCS(Fieldbus Control System)必將取代傳統的集散控制系統DCS(Distributed Control System)。基于現場總線的智能傳感器如圖2所示。
3.1現場總線的本質含義
現場總線不僅是一種通信協議,也不僅是用數字信號傳輸的儀表代替模擬信號(4~20mA DC)傳輸的儀表,關鍵是用新一代的現場總線控制系統FCS代替傳統的集散控制系統DCS,實現現場通信網絡與控制系統的集成。其本質含義體現在以下六個方面[2]:
⑴ 全數字化通信
和半數字化的DCS不同,現場總線系統是一個純數字系統。現場總線是用于過程自動化和制造自動化的現場設備或現場儀表互連的現場數字通信網絡,利用數字信號代替模擬信號,其傳輸抗干擾性強,測量精度高,大大提高了系統的性能。
⑵ 現場設備互連
現場設備或現場儀表是指傳感器、變送器和執行器等,這些設備通過一對傳輸線互連。傳輸線可以使用雙絞線、同軸電纜和光纖等。
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