智能變送器中的四種通訊協(xié)議介紹

智能變送器的可靠性與穩(wěn)定性非常高，但經(jīng)常會遇到通訊方面的問題。由于智能變送器誕生時國際上沒有制智能變送器的可靠性與穩(wěn)定性非常高，但經(jīng)常會遇到通訊方面的問題。由于智能變送器誕生時國際上沒有制定出統(tǒng)一的通信協(xié)議標準，所以各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的變送器用的通信協(xié)議不盡相同。下面，小編就跟大家介紹幾種常見變送器通訊協(xié)議，以作了解。

幾種常見變送器通訊協(xié)議介紹：

一、HART協(xié)議

HART（HighwayAddressableRemoteTransducer），可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是美國ROSEMOUNT公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。后于90年代初移交到HART基金會，其HART基金會的成員也非常多，其中也包括了橫河電機和霍尼維爾，所以橫河的變送器也有HART協(xié)議的，其中EJA變送器中的選項“E”開頭的是HART協(xié)議，“D”開頭的是布朗協(xié)議。

HART協(xié)議是基于貝爾202通訊標準的移頻鍵控（FSK）技術(shù)，通過在4～20mA電流上疊加頻率信號實現(xiàn)數(shù)字通訊。2個不同頻率：1200Hz和2200H：代表“0”和“1”，以正弦波的形式疊加在4～20mA直流信號上，因這些正弦波的平均值為零，所以不產(chǎn)生直流分量，不會對4～20rnA過程信號產(chǎn)生影響，它是在不中斷傳輸信號的情況下完成了真正的同步通訊。

HART協(xié)議的參量一部分在儀表側(cè)，一部分在上位機或手操器內(nèi)，對于不同版本的HART協(xié)議，可能在讀寫中有限制，需要相應(yīng)的軟件對HART進行支持，若對于版本差別較大的儀表與手操器，必須有相應(yīng)的升級軟件包來支持。即HART協(xié)議是需要升級的。

二、BRAIN協(xié)議

BRAIN協(xié)議是橫河智能儀表的協(xié)議，在橫河變送器、渦街、電磁流量計、等儀表都有這個協(xié)議，在儀表的輸出信號欄上的代碼為“D”。和BRAIN協(xié)議配套使用的手持智能終端是BT200，使用BT200在BRAIN協(xié)議的支持下可對變送器設(shè)定、更改、顯示、打印參數(shù)，調(diào)零等等。

BRAIN的協(xié)議的參量均是寫入在現(xiàn)場儀表端，即在表內(nèi)，使用任何一款BRAIN協(xié)議的上位機或手操器，可以讀寫（如果允許寫的話）所有BRAIN協(xié)議的現(xiàn)場表內(nèi)的參數(shù)。BRAIN協(xié)議軟件不需要升級。

三、DE協(xié)議

DE協(xié)議由霍尼韋爾公司開發(fā)的，主要用于霍尼韋爾變送器。DE協(xié)議是數(shù)字增加協(xié)議該協(xié)議，使用一個220波特率的低頻電流脈沖，數(shù)據(jù)用浮點串行形式送入標準對絞線。信號使用兩個獨立的電流脈沖4mA和20mA之間的回路電流來進行通訊，因此在進行數(shù)字通訊時，回路電流值不代表測量值。以脈沖電流的多少來代表“1”和“0”的，數(shù)字信號和模擬信號是分開傳輸?shù)?，當傳送?shù)字信號時，模擬信號須中斷。HART通訊頻率較高（約1～2kHz），要求網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)不大于0.65μs，這樣HART通訊設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的最大電容限制了通訊的最大距離，一般為不大于400m。而DE協(xié)議通訊頻率較低，網(wǎng)絡(luò)的最大時間常數(shù)為104μs，允許的電纜分布電容比HART協(xié)議寬的多，所以，就會出現(xiàn)同一套裝置中用DE通訊協(xié)議的儀表通訊正常而用HART協(xié)議的智能變送器卻不能通訊的現(xiàn)象。

四、FF總線協(xié)議

1、現(xiàn)場總線的概念

現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自具有了數(shù)字計算和數(shù)字通訊能力，采用可進行簡單連接的雙絞線等作為總線，把多個測量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微機化測量控制設(shè)備之間及現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān)控計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實際需要的自動控制系統(tǒng)。

現(xiàn)場總線是20世紀80年代中期在國際上發(fā)展起來的。隨著微處理器與計算機功能的不斷增強和價格的降低，計算機與計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到迅速發(fā)展?，F(xiàn)場總線可實現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成，實施綜合自動化，形成工廠底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場自動化設(shè)備之間的多點數(shù)字通信，實現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換。

2、現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢

1983年，Honeywell推出了智能化儀表，它在原模擬儀表的基礎(chǔ)上增加了計算功能的微處理器芯片，在輸出的4～20mA直流信號上迭加了數(shù)字信號，使現(xiàn)場與控制室之間的連接模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號。之后，世界上各大公司推出了各種智能儀表。智能儀表的出現(xiàn)為現(xiàn)場總線的誕生奠定了基礎(chǔ)。

智能儀表的出現(xiàn)為現(xiàn)場信號的數(shù)字化提供了條件，但不同廠商提供的設(shè)備通信標準不統(tǒng)一，束縛了底層網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。現(xiàn)場總線要求不同的廠商遵從相同的制造標準，組成開放的互連網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢。

3、現(xiàn)場總線的特點與優(yōu)點

現(xiàn)場總線系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采用的按控制回路要求，設(shè)備一對一的分別進行連線的結(jié)構(gòu)形式。把原先DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊放入現(xiàn)場設(shè)備，加上現(xiàn)場設(shè)備具有通信能力，因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室中的計算機或控制儀表，直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了徹底的分散控制。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)既是一個開放通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布控制系統(tǒng)。它把作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的智能設(shè)備連接成自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)基礎(chǔ)控制、補償計算、參數(shù)修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化的綜合自動化功能。是一項以智能傳感器、控制、計算機、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)。

現(xiàn)場總線系統(tǒng)在技術(shù)上具有以下特點：

1）系統(tǒng)具有開放性和互用性

通信協(xié)議遵從相同的標準，設(shè)備之間可以實現(xiàn)信息交換，用戶可按自己的需要，把不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成開放互連的系統(tǒng)。系統(tǒng)間、設(shè)備間可以進行信息交換，不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可以互換。

2）系統(tǒng)功能自治性

系統(tǒng)將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完成，現(xiàn)場設(shè)備可以完成自動控制的基本功能，并可以隨時診斷設(shè)備的運行狀況。

3）系統(tǒng)具有分散性

現(xiàn)場總線構(gòu)成的是一種全分散的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。

4）系統(tǒng)具有對環(huán)境的適應(yīng)性

現(xiàn)場總線支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現(xiàn)供電和通信，并可以滿足安全防爆的要求。

由于現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)簡化，不再需要DCS系統(tǒng)的信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換隔離等功能單元及其復(fù)雜的接線，節(jié)省了硬件數(shù)量和投資。簡單的連線設(shè)計，節(jié)省了安裝費用。設(shè)備具有自診斷與簡單故障處理能力，減少了維護工作量。設(shè)備的互換性、智能化、數(shù)字化提高了系統(tǒng)的準確性和可靠性。還具有設(shè)計簡單，易于重構(gòu)等優(yōu)點。

4、幾種有影響的現(xiàn)場總線技術(shù)

1）基金會現(xiàn)場總線

基金會現(xiàn)場總線（FF）于1994年由美國Fisher－Rosemount和Honeywell為首成立。它以ISO／OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層?；饡F(xiàn)場總線分H1和H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31．25kbps，可支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符號IEC1158－2標準。傳輸信號采用曼冊斯特編碼。

2）LonWorks

它由美國Echelon公司推出，它采用ISO／OSI模型的全部7層通訊協(xié)議，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質(zhì)，并開發(fā)了本質(zhì)安全防爆產(chǎn)品，被譽為通用控制網(wǎng)絡(luò)。采用LonWorks技術(shù)和神經(jīng)元芯片的產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。

3）PROFIBUS

PROFIBUS是德國標準（DIN19245）和歐洲標準（EN50170）的現(xiàn)場總線標準。由PROFIBUS－DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA組成。DP用于分散外設(shè)間高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動化領(lǐng)域。FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等。PA用于過程自動化的總線類型，服從IEC1158－2標準。

4）CAN

CAN是控制局域網(wǎng)絡(luò)的簡稱，由德國BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領(lǐng)域。CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，具有自動關(guān)閉功能，具有較強的抗干擾能力。

5）HART

HART最早由Rosemount公司開發(fā)。其特點是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的過渡產(chǎn)品。由于它采用模擬數(shù)字信號混和，難以開發(fā)通用的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆的要求，并可用于由手持編程器與管理系統(tǒng)主機作為主設(shè)備的雙主設(shè)備系統(tǒng)。

現(xiàn)場總線是當今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)，標志著工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域又一個新時代的開始，并將對該領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。
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