網(wǎng)絡化智能傳感技術發(fā)展淺析

　?、?互操作性

　　互操作性的含義來自不同制造廠的現(xiàn)場設備，不僅可以互相通信，而且可以統(tǒng)一組態(tài)，構成所需的控制回路，共同實現(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

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

　　3.2 現(xiàn)場總線存在的不足

　　現(xiàn)場總線技術自20世紀80年代產(chǎn)生以來，一直受到人們的極大關注，被譽為自控領域的一次革命。進入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，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)場的實際應用，基于現(xiàn)場總線的智能傳感技術也面臨著諸多問題。

　　一方面，現(xiàn)場總線國際標準的制定因技術、商業(yè)利益等原因造成多標準共存。IEC 61158規(guī)定了FF、Profibus等8種現(xiàn)場總線標準，加上IEC TC17已通過的3種現(xiàn)場總線國際標準（ICE 62026），導致目前現(xiàn)場總線國際標準共有12種之多。由于各個標準采用的通信協(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)生不可預知的后果；系統(tǒng)組臺參數(shù)過于復雜，且其設定的好壞對系統(tǒng)性能影響很大；生產(chǎn)運行需大量人機數(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接口標準族的智能傳感技術

　　IEEE P1451標準族是基于目前現(xiàn)場總線標準不一，各種現(xiàn)場總線標準都有自己規(guī)定的通信協(xié)議，互不兼容，從而給智能傳感技術的應用、擴展和維護等帶來不利影響的基礎上提出來的。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)行器構成的各種網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，解決不同網(wǎng)絡之間的兼容性問題，并能夠最終實現(xiàn)各個廠家的產(chǎn)品相互之間的互換性與互操作性。

　　4.1 IEEE P1451智能變送器接口標準族簡介

　　IEEE P1451提議標準族定義了變送器（傳感器或執(zhí)行器）的軟硬件接口。該組所有標準都支持電子數(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家族系列標準的簡要介紹。

　?、拧EEE P1451.0[3]
　　IEEE P1451.0提議標準，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提議標準族由幾個標準組成，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)表格式的設置，這影響了這些標準之間的互操作性，阻礙了這些標準在用戶群中的廣泛使用。IEEE P1451.0提議標準就是為解決這一問題提出來的，通過定義一個包含基本命令設置和通信協(xié)議的獨立于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、簡單的標準，以達到加強這些標準之間的互操作性。

　　⑵ IEEE Std 1451.1[4]

IEEE Std 1451.1標準，即智能變送器網(wǎng)絡應用處理器信息模型（Network Capable Application Processor（NCAP）Information Model for smart transducer），1999年7月通過了IEEE認可。該標準采用面向對象的方法精確地定義了通用的智能傳感器信息模型，涵蓋了網(wǎng)絡化變送器的各種應用，通過一個標準的應用編程接口（API）來實現(xiàn)從模型到網(wǎng)絡協(xié)議的映射，采用一系列功能模塊比如I／O驅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標準，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認可。該標準具體定義了電子數(shù)據(jù)表格式TEDS和一個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)絡也可以通過訪問TEDS來監(jiān)測和配置傳感器／執(zhí)行器通道。