网络化智能传感技术发展浅析

　　传感器技术、通信技术与计算机技术构成现代信息的三大基础，它们分别完成对被测量的信息提取、信息传输及信息处理，是当代科学技术发展的一个重要标志。随着科学技术的发展，数字化、智能化和网络化已成为时代发展趋势：计算机技术和通信技术结合进而产生了计算机网络技术；计算机技术和传感器技术结合产生了智能传感器技术；将三者融为一体（计算机网络技术与智能传感技术结合）便产生了网络化智能传感技术。网络化智能传感技术已成为人们关注的热点[1],本文仅就网络化智能传感技术的发展现状与发展趋势作简要论述。

　　2、网络化智能传感技术

　　网络化智能传感器是以嵌入式微处理器为核心，集成了传感单元、信号处理单元和网络接口单元，使传感器具备自检、自校、自诊断及网络通信功能，从而实现信息的采集、处理和传输真正统一协调的新型智能传感器，原理框图如图1所示。

　　网络化智能传感器与其它类型传感器相比，具有如下特点：

　　⑴具有智能传感功能。随着嵌入式技术、集成电路技术和微控制器的引入，使传感器成为硬件和软件的结合体，一方面传感器的功耗降低、体积减小、抗干扰性和可靠性提高，另一方面传感器具有了自识别和自校正功能，同时利用软件技术实现传感器的非线性补偿、零点漂移和温度补偿等；

　　⑵ 具有网络通信功能。网络接口技术的应用使传感器方便地接入工业控制网络，为系统的扩充和维护提供了极大的方便。

　　3、基于现场总线的智能传感技术

　　现场总线技术是一种集计算机技术、通信技术、集成电路技术及智能传感技术于一身的新兴控制技术，按照国际电工委员会IEC61158的标准定义：“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线”。一般认为“现场总线是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是用于工业控制的计算机系统工业总线”。

　　现场总线技术是在仪表智能化和全数字控制系统的需求下产生的。现场总线是连结智能化现场设备和控制室之间全数字式、开放式和双向的通信网络。随着各种智能传感器、变送器和执行器的出现，一种新的工业控制系统体系?D数字化到现场、控制功能到现场、设备管理到现场的现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）必将取代传统的集散控制系统DCS（Distributed Control System）。基于现场总线的智能传感器如图2所示。

　　3.1现场总线的本质含义

　　现场总线不仅是一种通信协议，也不仅是用数字信号传输的仪表代替模拟信号（4～20mA DC）传输的仪表，关键是用新一代的现场总线控制系统FCS代替传统的集散控制系统DCS，实现现场通信网络与控制系统的集成。其本质含义体现在以下六个方面[2]：

⑴ 全数字化通信

　　和半数字化的DCS不同，现场总线系统是一个纯数字系统。现场总线是用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络，利用数字信号代替模拟信号，其传输抗干扰性强，测量精度高，大大提高了系统的性能。

　　⑵ 现场设备互连

　　现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器等，这些设备通过一对传输线互连。传输线可以使用双绞线、同轴电缆和光纤等。

　　⑶ 互操作性

　　互操作性的含义来自不同制造厂的现场设备，不仅可以互相通信，而且可以统一组态，构成所需的控制回路，共同实现控制策略。

　　⑷ 分散功能块

　　FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，实现了彻底的分散控制。

　　⑸ 通信线供电

　　现场总线的常用传输介质是双绞线，通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量。

　　⑹ 开放式互连网络

　　现场总线为开放式互连网络，既可与同类网络互连，也可与不同网络互连，还可以实现网络数据库共享。

　　3.2 现场总线存在的不足

　　现场总线技术自20世纪80年代产生以来，一直受到人们的极大关注，被誉为自控领域的一次革命。进入90年代以来，现场总线控制系统一度成为人们的研究热点，各种各样的现场总线产品不断涌现。随着现场总线控制系统在生产现场的实际应用，基于现场总线的智能传感技术也面临着诸多问题。

　　一方面，现场总线国际标准的制定因技术、商业利益等原因造成多标准共存。IEC 61158规定了FF、Profibus等8种现场总线标准，加上IEC TC17已通过的3种现场总线国际标准（ICE 62026），导致目前现场总线国际标准共有12种之多。由于各个标准采用的通信协议完全不同，存在着智能传感器的兼容和互换性问题，影响了总线式智能传感器的应用。

另一方面，现场总线还存在着瓶颈问题。表现在：现场总线切断后，系统有可能产